Standardized 'failed' to 'Failed' in LoopVectorizationRequirements.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Vectorize / LoopVectorize.cpp
1 //===- LoopVectorize.cpp - A Loop Vectorizer ------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This is the LLVM loop vectorizer. This pass modifies 'vectorizable' loops
11 // and generates target-independent LLVM-IR.
12 // The vectorizer uses the TargetTransformInfo analysis to estimate the costs
13 // of instructions in order to estimate the profitability of vectorization.
14 //
15 // The loop vectorizer combines consecutive loop iterations into a single
16 // 'wide' iteration. After this transformation the index is incremented
17 // by the SIMD vector width, and not by one.
18 //
19 // This pass has three parts:
20 // 1. The main loop pass that drives the different parts.
21 // 2. LoopVectorizationLegality - A unit that checks for the legality
22 //    of the vectorization.
23 // 3. InnerLoopVectorizer - A unit that performs the actual
24 //    widening of instructions.
25 // 4. LoopVectorizationCostModel - A unit that checks for the profitability
26 //    of vectorization. It decides on the optimal vector width, which
27 //    can be one, if vectorization is not profitable.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //
31 // The reduction-variable vectorization is based on the paper:
32 //  D. Nuzman and R. Henderson. Multi-platform Auto-vectorization.
33 //
34 // Variable uniformity checks are inspired by:
35 //  Karrenberg, R. and Hack, S. Whole Function Vectorization.
36 //
37 // The interleaved access vectorization is based on the paper:
38 //  Dorit Nuzman, Ira Rosen and Ayal Zaks.  Auto-Vectorization of Interleaved
39 //  Data for SIMD
40 //
41 // Other ideas/concepts are from:
42 //  A. Zaks and D. Nuzman. Autovectorization in GCC-two years later.
43 //
44 //  S. Maleki, Y. Gao, M. Garzaran, T. Wong and D. Padua.  An Evaluation of
45 //  Vectorizing Compilers.
46 //
47 //===----------------------------------------------------------------------===//
48
49 #include "llvm/Transforms/Vectorize.h"
50 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
51 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
52 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
53 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
57 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
58 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
59 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
60 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
61 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
62 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
63 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
64 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
65 #include "llvm/Analysis/LoopAccessAnalysis.h"
66 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
67 #include "llvm/Analysis/LoopIterator.h"
68 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
69 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
70 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
71 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
72 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
73 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
74 #include "llvm/IR/Constants.h"
75 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
76 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
77 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
78 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
79 #include "llvm/IR/Dominators.h"
80 #include "llvm/IR/Function.h"
81 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
82 #include "llvm/IR/Instructions.h"
83 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
84 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
85 #include "llvm/IR/Module.h"
86 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
87 #include "llvm/IR/Type.h"
88 #include "llvm/IR/Value.h"
89 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
90 #include "llvm/IR/Verifier.h"
91 #include "llvm/Pass.h"
92 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
93 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
94 #include "llvm/Support/Debug.h"
95 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
96 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
97 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
98 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
99 #include "llvm/Analysis/VectorUtils.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <map>
103 #include <tuple>
104
105 using namespace llvm;
106 using namespace llvm::PatternMatch;
107
108 #define LV_NAME "loop-vectorize"
109 #define DEBUG_TYPE LV_NAME
110
111 STATISTIC(LoopsVectorized, "Number of loops vectorized");
112 STATISTIC(LoopsAnalyzed, "Number of loops analyzed for vectorization");
113
114 static cl::opt<bool>
115 EnableIfConversion("enable-if-conversion", cl::init(true), cl::Hidden,
116                    cl::desc("Enable if-conversion during vectorization."));
117
118 /// We don't vectorize loops with a known constant trip count below this number.
119 static cl::opt<unsigned>
120 TinyTripCountVectorThreshold("vectorizer-min-trip-count", cl::init(16),
121                              cl::Hidden,
122                              cl::desc("Don't vectorize loops with a constant "
123                                       "trip count that is smaller than this "
124                                       "value."));
125
126 /// This enables versioning on the strides of symbolically striding memory
127 /// accesses in code like the following.
128 ///   for (i = 0; i < N; ++i)
129 ///     A[i * Stride1] += B[i * Stride2] ...
130 ///
131 /// Will be roughly translated to
132 ///    if (Stride1 == 1 && Stride2 == 1) {
133 ///      for (i = 0; i < N; i+=4)
134 ///       A[i:i+3] += ...
135 ///    } else
136 ///      ...
137 static cl::opt<bool> EnableMemAccessVersioning(
138     "enable-mem-access-versioning", cl::init(true), cl::Hidden,
139     cl::desc("Enable symblic stride memory access versioning"));
140
141 static cl::opt<bool> EnableInterleavedMemAccesses(
142     "enable-interleaved-mem-accesses", cl::init(false), cl::Hidden,
143     cl::desc("Enable vectorization on interleaved memory accesses in a loop"));
144
145 /// Maximum factor for an interleaved memory access.
146 static cl::opt<unsigned> MaxInterleaveGroupFactor(
147     "max-interleave-group-factor", cl::Hidden,
148     cl::desc("Maximum factor for an interleaved access group (default = 8)"),
149     cl::init(8));
150
151 /// We don't interleave loops with a known constant trip count below this
152 /// number.
153 static const unsigned TinyTripCountInterleaveThreshold = 128;
154
155 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumScalarRegs(
156     "force-target-num-scalar-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
157     cl::desc("A flag that overrides the target's number of scalar registers."));
158
159 static cl::opt<unsigned> ForceTargetNumVectorRegs(
160     "force-target-num-vector-regs", cl::init(0), cl::Hidden,
161     cl::desc("A flag that overrides the target's number of vector registers."));
162
163 /// Maximum vectorization interleave count.
164 static const unsigned MaxInterleaveFactor = 16;
165
166 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor(
167     "force-target-max-scalar-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
168     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
169              "scalar loops."));
170
171 static cl::opt<unsigned> ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor(
172     "force-target-max-vector-interleave", cl::init(0), cl::Hidden,
173     cl::desc("A flag that overrides the target's max interleave factor for "
174              "vectorized loops."));
175
176 static cl::opt<unsigned> ForceTargetInstructionCost(
177     "force-target-instruction-cost", cl::init(0), cl::Hidden,
178     cl::desc("A flag that overrides the target's expected cost for "
179              "an instruction to a single constant value. Mostly "
180              "useful for getting consistent testing."));
181
182 static cl::opt<unsigned> SmallLoopCost(
183     "small-loop-cost", cl::init(20), cl::Hidden,
184     cl::desc(
185         "The cost of a loop that is considered 'small' by the interleaver."));
186
187 static cl::opt<bool> LoopVectorizeWithBlockFrequency(
188     "loop-vectorize-with-block-frequency", cl::init(false), cl::Hidden,
189     cl::desc("Enable the use of the block frequency analysis to access PGO "
190              "heuristics minimizing code growth in cold regions and being more "
191              "aggressive in hot regions."));
192
193 // Runtime interleave loops for load/store throughput.
194 static cl::opt<bool> EnableLoadStoreRuntimeInterleave(
195     "enable-loadstore-runtime-interleave", cl::init(true), cl::Hidden,
196     cl::desc(
197         "Enable runtime interleaving until load/store ports are saturated"));
198
199 /// The number of stores in a loop that are allowed to need predication.
200 static cl::opt<unsigned> NumberOfStoresToPredicate(
201     "vectorize-num-stores-pred", cl::init(1), cl::Hidden,
202     cl::desc("Max number of stores to be predicated behind an if."));
203
204 static cl::opt<bool> EnableIndVarRegisterHeur(
205     "enable-ind-var-reg-heur", cl::init(true), cl::Hidden,
206     cl::desc("Count the induction variable only once when interleaving"));
207
208 static cl::opt<bool> EnableCondStoresVectorization(
209     "enable-cond-stores-vec", cl::init(false), cl::Hidden,
210     cl::desc("Enable if predication of stores during vectorization."));
211
212 static cl::opt<unsigned> MaxNestedScalarReductionIC(
213     "max-nested-scalar-reduction-interleave", cl::init(2), cl::Hidden,
214     cl::desc("The maximum interleave count to use when interleaving a scalar "
215              "reduction in a nested loop."));
216
217 namespace {
218
219 // Forward declarations.
220 class LoopVectorizeHints;
221 class LoopVectorizationLegality;
222 class LoopVectorizationCostModel;
223 class LoopVectorizationRequirements;
224
225 /// \brief This modifies LoopAccessReport to initialize message with
226 /// loop-vectorizer-specific part.
227 class VectorizationReport : public LoopAccessReport {
228 public:
229   VectorizationReport(Instruction *I = nullptr)
230       : LoopAccessReport("loop not vectorized: ", I) {}
231
232   /// \brief This allows promotion of the loop-access analysis report into the
233   /// loop-vectorizer report.  It modifies the message to add the
234   /// loop-vectorizer-specific part of the message.
235   explicit VectorizationReport(const LoopAccessReport &R)
236       : LoopAccessReport(Twine("loop not vectorized: ") + R.str(),
237                          R.getInstr()) {}
238 };
239
240 /// A helper function for converting Scalar types to vector types.
241 /// If the incoming type is void, we return void. If the VF is 1, we return
242 /// the scalar type.
243 static Type* ToVectorTy(Type *Scalar, unsigned VF) {
244   if (Scalar->isVoidTy() || VF == 1)
245     return Scalar;
246   return VectorType::get(Scalar, VF);
247 }
248
249 /// InnerLoopVectorizer vectorizes loops which contain only one basic
250 /// block to a specified vectorization factor (VF).
251 /// This class performs the widening of scalars into vectors, or multiple
252 /// scalars. This class also implements the following features:
253 /// * It inserts an epilogue loop for handling loops that don't have iteration
254 ///   counts that are known to be a multiple of the vectorization factor.
255 /// * It handles the code generation for reduction variables.
256 /// * Scalarization (implementation using scalars) of un-vectorizable
257 ///   instructions.
258 /// InnerLoopVectorizer does not perform any vectorization-legality
259 /// checks, and relies on the caller to check for the different legality
260 /// aspects. The InnerLoopVectorizer relies on the
261 /// LoopVectorizationLegality class to provide information about the induction
262 /// and reduction variables that were found to a given vectorization factor.
263 class InnerLoopVectorizer {
264 public:
265   InnerLoopVectorizer(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
266                       DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
267                       const TargetTransformInfo *TTI, unsigned VecWidth,
268                       unsigned UnrollFactor)
269       : OrigLoop(OrigLoop), SE(SE), LI(LI), DT(DT), TLI(TLI), TTI(TTI),
270         VF(VecWidth), UF(UnrollFactor), Builder(SE->getContext()),
271         Induction(nullptr), OldInduction(nullptr), WidenMap(UnrollFactor),
272         Legal(nullptr), AddedSafetyChecks(false) {}
273
274   // Perform the actual loop widening (vectorization).
275   void vectorize(LoopVectorizationLegality *L) {
276     Legal = L;
277     // Create a new empty loop. Unlink the old loop and connect the new one.
278     createEmptyLoop();
279     // Widen each instruction in the old loop to a new one in the new loop.
280     // Use the Legality module to find the induction and reduction variables.
281     vectorizeLoop();
282     // Register the new loop and update the analysis passes.
283     updateAnalysis();
284   }
285
286   // Return true if any runtime check is added.
287   bool IsSafetyChecksAdded() {
288     return AddedSafetyChecks;
289   }
290
291   virtual ~InnerLoopVectorizer() {}
292
293 protected:
294   /// A small list of PHINodes.
295   typedef SmallVector<PHINode*, 4> PhiVector;
296   /// When we unroll loops we have multiple vector values for each scalar.
297   /// This data structure holds the unrolled and vectorized values that
298   /// originated from one scalar instruction.
299   typedef SmallVector<Value*, 2> VectorParts;
300
301   // When we if-convert we need to create edge masks. We have to cache values
302   // so that we don't end up with exponential recursion/IR.
303   typedef DenseMap<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>,
304                    VectorParts> EdgeMaskCache;
305
306   /// \brief Add checks for strides that were assumed to be 1.
307   ///
308   /// Returns the last check instruction and the first check instruction in the
309   /// pair as (first, last).
310   std::pair<Instruction *, Instruction *> addStrideCheck(Instruction *Loc);
311
312   /// Create an empty loop, based on the loop ranges of the old loop.
313   void createEmptyLoop();
314   /// Copy and widen the instructions from the old loop.
315   virtual void vectorizeLoop();
316
317   /// \brief The Loop exit block may have single value PHI nodes where the
318   /// incoming value is 'Undef'. While vectorizing we only handled real values
319   /// that were defined inside the loop. Here we fix the 'undef case'.
320   /// See PR14725.
321   void fixLCSSAPHIs();
322
323   /// A helper function that computes the predicate of the block BB, assuming
324   /// that the header block of the loop is set to True. It returns the *entry*
325   /// mask for the block BB.
326   VectorParts createBlockInMask(BasicBlock *BB);
327   /// A helper function that computes the predicate of the edge between SRC
328   /// and DST.
329   VectorParts createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst);
330
331   /// A helper function to vectorize a single BB within the innermost loop.
332   void vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV);
333
334   /// Vectorize a single PHINode in a block. This method handles the induction
335   /// variable canonicalization. It supports both VF = 1 for unrolled loops and
336   /// arbitrary length vectors.
337   void widenPHIInstruction(Instruction *PN, VectorParts &Entry,
338                            unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV);
339
340   /// Insert the new loop to the loop hierarchy and pass manager
341   /// and update the analysis passes.
342   void updateAnalysis();
343
344   /// This instruction is un-vectorizable. Implement it as a sequence
345   /// of scalars. If \p IfPredicateStore is true we need to 'hide' each
346   /// scalarized instruction behind an if block predicated on the control
347   /// dependence of the instruction.
348   virtual void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
349                                     bool IfPredicateStore=false);
350
351   /// Vectorize Load and Store instructions,
352   virtual void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr);
353
354   /// Create a broadcast instruction. This method generates a broadcast
355   /// instruction (shuffle) for loop invariant values and for the induction
356   /// value. If this is the induction variable then we extend it to N, N+1, ...
357   /// this is needed because each iteration in the loop corresponds to a SIMD
358   /// element.
359   virtual Value *getBroadcastInstrs(Value *V);
360
361   /// This function adds (StartIdx, StartIdx + Step, StartIdx + 2*Step, ...)
362   /// to each vector element of Val. The sequence starts at StartIndex.
363   virtual Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step);
364
365   /// When we go over instructions in the basic block we rely on previous
366   /// values within the current basic block or on loop invariant values.
367   /// When we widen (vectorize) values we place them in the map. If the values
368   /// are not within the map, they have to be loop invariant, so we simply
369   /// broadcast them into a vector.
370   VectorParts &getVectorValue(Value *V);
371
372   /// Try to vectorize the interleaved access group that \p Instr belongs to.
373   void vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr);
374
375   /// Generate a shuffle sequence that will reverse the vector Vec.
376   virtual Value *reverseVector(Value *Vec);
377
378   /// This is a helper class that holds the vectorizer state. It maps scalar
379   /// instructions to vector instructions. When the code is 'unrolled' then
380   /// then a single scalar value is mapped to multiple vector parts. The parts
381   /// are stored in the VectorPart type.
382   struct ValueMap {
383     /// C'tor.  UnrollFactor controls the number of vectors ('parts') that
384     /// are mapped.
385     ValueMap(unsigned UnrollFactor) : UF(UnrollFactor) {}
386
387     /// \return True if 'Key' is saved in the Value Map.
388     bool has(Value *Key) const { return MapStorage.count(Key); }
389
390     /// Initializes a new entry in the map. Sets all of the vector parts to the
391     /// save value in 'Val'.
392     /// \return A reference to a vector with splat values.
393     VectorParts &splat(Value *Key, Value *Val) {
394       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
395       Entry.assign(UF, Val);
396       return Entry;
397     }
398
399     ///\return A reference to the value that is stored at 'Key'.
400     VectorParts &get(Value *Key) {
401       VectorParts &Entry = MapStorage[Key];
402       if (Entry.empty())
403         Entry.resize(UF);
404       assert(Entry.size() == UF);
405       return Entry;
406     }
407
408   private:
409     /// The unroll factor. Each entry in the map stores this number of vector
410     /// elements.
411     unsigned UF;
412
413     /// Map storage. We use std::map and not DenseMap because insertions to a
414     /// dense map invalidates its iterators.
415     std::map<Value *, VectorParts> MapStorage;
416   };
417
418   /// The original loop.
419   Loop *OrigLoop;
420   /// Scev analysis to use.
421   ScalarEvolution *SE;
422   /// Loop Info.
423   LoopInfo *LI;
424   /// Dominator Tree.
425   DominatorTree *DT;
426   /// Alias Analysis.
427   AliasAnalysis *AA;
428   /// Target Library Info.
429   const TargetLibraryInfo *TLI;
430   /// Target Transform Info.
431   const TargetTransformInfo *TTI;
432
433   /// The vectorization SIMD factor to use. Each vector will have this many
434   /// vector elements.
435   unsigned VF;
436
437 protected:
438   /// The vectorization unroll factor to use. Each scalar is vectorized to this
439   /// many different vector instructions.
440   unsigned UF;
441
442   /// The builder that we use
443   IRBuilder<> Builder;
444
445   // --- Vectorization state ---
446
447   /// The vector-loop preheader.
448   BasicBlock *LoopVectorPreHeader;
449   /// The scalar-loop preheader.
450   BasicBlock *LoopScalarPreHeader;
451   /// Middle Block between the vector and the scalar.
452   BasicBlock *LoopMiddleBlock;
453   ///The ExitBlock of the scalar loop.
454   BasicBlock *LoopExitBlock;
455   ///The vector loop body.
456   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopVectorBody;
457   ///The scalar loop body.
458   BasicBlock *LoopScalarBody;
459   /// A list of all bypass blocks. The first block is the entry of the loop.
460   SmallVector<BasicBlock *, 4> LoopBypassBlocks;
461
462   /// The new Induction variable which was added to the new block.
463   PHINode *Induction;
464   /// The induction variable of the old basic block.
465   PHINode *OldInduction;
466   /// Holds the extended (to the widest induction type) start index.
467   Value *ExtendedIdx;
468   /// Maps scalars to widened vectors.
469   ValueMap WidenMap;
470   EdgeMaskCache MaskCache;
471
472   LoopVectorizationLegality *Legal;
473
474   // Record whether runtime check is added.
475   bool AddedSafetyChecks;
476 };
477
478 class InnerLoopUnroller : public InnerLoopVectorizer {
479 public:
480   InnerLoopUnroller(Loop *OrigLoop, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
481                     DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI,
482                     const TargetTransformInfo *TTI, unsigned UnrollFactor)
483       : InnerLoopVectorizer(OrigLoop, SE, LI, DT, TLI, TTI, 1, UnrollFactor) {}
484
485 private:
486   void scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
487                             bool IfPredicateStore = false) override;
488   void vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) override;
489   Value *getBroadcastInstrs(Value *V) override;
490   Value *getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) override;
491   Value *reverseVector(Value *Vec) override;
492 };
493
494 /// \brief Look for a meaningful debug location on the instruction or it's
495 /// operands.
496 static Instruction *getDebugLocFromInstOrOperands(Instruction *I) {
497   if (!I)
498     return I;
499
500   DebugLoc Empty;
501   if (I->getDebugLoc() != Empty)
502     return I;
503
504   for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end(); OI != OE; ++OI) {
505     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(*OI))
506       if (OpInst->getDebugLoc() != Empty)
507         return OpInst;
508   }
509
510   return I;
511 }
512
513 /// \brief Set the debug location in the builder using the debug location in the
514 /// instruction.
515 static void setDebugLocFromInst(IRBuilder<> &B, const Value *Ptr) {
516   if (const Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Ptr))
517     B.SetCurrentDebugLocation(Inst->getDebugLoc());
518   else
519     B.SetCurrentDebugLocation(DebugLoc());
520 }
521
522 #ifndef NDEBUG
523 /// \return string containing a file name and a line # for the given loop.
524 static std::string getDebugLocString(const Loop *L) {
525   std::string Result;
526   if (L) {
527     raw_string_ostream OS(Result);
528     if (const DebugLoc LoopDbgLoc = L->getStartLoc())
529       LoopDbgLoc.print(OS);
530     else
531       // Just print the module name.
532       OS << L->getHeader()->getParent()->getParent()->getModuleIdentifier();
533     OS.flush();
534   }
535   return Result;
536 }
537 #endif
538
539 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to another.
540 static void propagateMetadata(Instruction *To, const Instruction *From) {
541   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 4> Metadata;
542   From->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
543
544   for (auto M : Metadata) {
545     unsigned Kind = M.first;
546
547     // These are safe to transfer (this is safe for TBAA, even when we
548     // if-convert, because should that metadata have had a control dependency
549     // on the condition, and thus actually aliased with some other
550     // non-speculated memory access when the condition was false, this would be
551     // caught by the runtime overlap checks).
552     if (Kind != LLVMContext::MD_tbaa &&
553         Kind != LLVMContext::MD_alias_scope &&
554         Kind != LLVMContext::MD_noalias &&
555         Kind != LLVMContext::MD_fpmath &&
556         Kind != LLVMContext::MD_nontemporal)
557       continue;
558
559     To->setMetadata(Kind, M.second);
560   }
561 }
562
563 /// \brief Propagate known metadata from one instruction to a vector of others.
564 static void propagateMetadata(SmallVectorImpl<Value *> &To, const Instruction *From) {
565   for (Value *V : To)
566     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
567       propagateMetadata(I, From);
568 }
569
570 /// \brief The group of interleaved loads/stores sharing the same stride and
571 /// close to each other.
572 ///
573 /// Each member in this group has an index starting from 0, and the largest
574 /// index should be less than interleaved factor, which is equal to the absolute
575 /// value of the access's stride.
576 ///
577 /// E.g. An interleaved load group of factor 4:
578 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
579 ///          a = A[i];                           // Member of index 0
580 ///          b = A[i+1];                         // Member of index 1
581 ///          d = A[i+3];                         // Member of index 3
582 ///          ...
583 ///        }
584 ///
585 ///      An interleaved store group of factor 4:
586 ///        for (unsigned i = 0; i < 1024; i+=4) {
587 ///          ...
588 ///          A[i]   = a;                         // Member of index 0
589 ///          A[i+1] = b;                         // Member of index 1
590 ///          A[i+2] = c;                         // Member of index 2
591 ///          A[i+3] = d;                         // Member of index 3
592 ///        }
593 ///
594 /// Note: the interleaved load group could have gaps (missing members), but
595 /// the interleaved store group doesn't allow gaps.
596 class InterleaveGroup {
597 public:
598   InterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride, unsigned Align)
599       : Align(Align), SmallestKey(0), LargestKey(0), InsertPos(Instr) {
600     assert(Align && "The alignment should be non-zero");
601
602     Factor = std::abs(Stride);
603     assert(Factor > 1 && "Invalid interleave factor");
604
605     Reverse = Stride < 0;
606     Members[0] = Instr;
607   }
608
609   bool isReverse() const { return Reverse; }
610   unsigned getFactor() const { return Factor; }
611   unsigned getAlignment() const { return Align; }
612   unsigned getNumMembers() const { return Members.size(); }
613
614   /// \brief Try to insert a new member \p Instr with index \p Index and
615   /// alignment \p NewAlign. The index is related to the leader and it could be
616   /// negative if it is the new leader.
617   ///
618   /// \returns false if the instruction doesn't belong to the group.
619   bool insertMember(Instruction *Instr, int Index, unsigned NewAlign) {
620     assert(NewAlign && "The new member's alignment should be non-zero");
621
622     int Key = Index + SmallestKey;
623
624     // Skip if there is already a member with the same index.
625     if (Members.count(Key))
626       return false;
627
628     if (Key > LargestKey) {
629       // The largest index is always less than the interleave factor.
630       if (Index >= static_cast<int>(Factor))
631         return false;
632
633       LargestKey = Key;
634     } else if (Key < SmallestKey) {
635       // The largest index is always less than the interleave factor.
636       if (LargestKey - Key >= static_cast<int>(Factor))
637         return false;
638
639       SmallestKey = Key;
640     }
641
642     // It's always safe to select the minimum alignment.
643     Align = std::min(Align, NewAlign);
644     Members[Key] = Instr;
645     return true;
646   }
647
648   /// \brief Get the member with the given index \p Index
649   ///
650   /// \returns nullptr if contains no such member.
651   Instruction *getMember(unsigned Index) const {
652     int Key = SmallestKey + Index;
653     if (!Members.count(Key))
654       return nullptr;
655
656     return Members.find(Key)->second;
657   }
658
659   /// \brief Get the index for the given member. Unlike the key in the member
660   /// map, the index starts from 0.
661   unsigned getIndex(Instruction *Instr) const {
662     for (auto I : Members)
663       if (I.second == Instr)
664         return I.first - SmallestKey;
665
666     llvm_unreachable("InterleaveGroup contains no such member");
667   }
668
669   Instruction *getInsertPos() const { return InsertPos; }
670   void setInsertPos(Instruction *Inst) { InsertPos = Inst; }
671
672 private:
673   unsigned Factor; // Interleave Factor.
674   bool Reverse;
675   unsigned Align;
676   DenseMap<int, Instruction *> Members;
677   int SmallestKey;
678   int LargestKey;
679
680   // To avoid breaking dependences, vectorized instructions of an interleave
681   // group should be inserted at either the first load or the last store in
682   // program order.
683   //
684   // E.g. %even = load i32             // Insert Position
685   //      %add = add i32 %even         // Use of %even
686   //      %odd = load i32
687   //
688   //      store i32 %even
689   //      %odd = add i32               // Def of %odd
690   //      store i32 %odd               // Insert Position
691   Instruction *InsertPos;
692 };
693
694 /// \brief Drive the analysis of interleaved memory accesses in the loop.
695 ///
696 /// Use this class to analyze interleaved accesses only when we can vectorize
697 /// a loop. Otherwise it's meaningless to do analysis as the vectorization
698 /// on interleaved accesses is unsafe.
699 ///
700 /// The analysis collects interleave groups and records the relationships
701 /// between the member and the group in a map.
702 class InterleavedAccessInfo {
703 public:
704   InterleavedAccessInfo(ScalarEvolution *SE, Loop *L, DominatorTree *DT)
705       : SE(SE), TheLoop(L), DT(DT) {}
706
707   ~InterleavedAccessInfo() {
708     SmallSet<InterleaveGroup *, 4> DelSet;
709     // Avoid releasing a pointer twice.
710     for (auto &I : InterleaveGroupMap)
711       DelSet.insert(I.second);
712     for (auto *Ptr : DelSet)
713       delete Ptr;
714   }
715
716   /// \brief Analyze the interleaved accesses and collect them in interleave
717   /// groups. Substitute symbolic strides using \p Strides.
718   void analyzeInterleaving(const ValueToValueMap &Strides);
719
720   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleave group.
721   bool isInterleaved(Instruction *Instr) const {
722     return InterleaveGroupMap.count(Instr);
723   }
724
725   /// \brief Get the interleave group that \p Instr belongs to.
726   ///
727   /// \returns nullptr if doesn't have such group.
728   InterleaveGroup *getInterleaveGroup(Instruction *Instr) const {
729     if (InterleaveGroupMap.count(Instr))
730       return InterleaveGroupMap.find(Instr)->second;
731     return nullptr;
732   }
733
734 private:
735   ScalarEvolution *SE;
736   Loop *TheLoop;
737   DominatorTree *DT;
738
739   /// Holds the relationships between the members and the interleave group.
740   DenseMap<Instruction *, InterleaveGroup *> InterleaveGroupMap;
741
742   /// \brief The descriptor for a strided memory access.
743   struct StrideDescriptor {
744     StrideDescriptor(int Stride, const SCEV *Scev, unsigned Size,
745                      unsigned Align)
746         : Stride(Stride), Scev(Scev), Size(Size), Align(Align) {}
747
748     StrideDescriptor() : Stride(0), Scev(nullptr), Size(0), Align(0) {}
749
750     int Stride; // The access's stride. It is negative for a reverse access.
751     const SCEV *Scev; // The scalar expression of this access
752     unsigned Size;    // The size of the memory object.
753     unsigned Align;   // The alignment of this access.
754   };
755
756   /// \brief Create a new interleave group with the given instruction \p Instr,
757   /// stride \p Stride and alignment \p Align.
758   ///
759   /// \returns the newly created interleave group.
760   InterleaveGroup *createInterleaveGroup(Instruction *Instr, int Stride,
761                                          unsigned Align) {
762     assert(!InterleaveGroupMap.count(Instr) &&
763            "Already in an interleaved access group");
764     InterleaveGroupMap[Instr] = new InterleaveGroup(Instr, Stride, Align);
765     return InterleaveGroupMap[Instr];
766   }
767
768   /// \brief Release the group and remove all the relationships.
769   void releaseGroup(InterleaveGroup *Group) {
770     for (unsigned i = 0; i < Group->getFactor(); i++)
771       if (Instruction *Member = Group->getMember(i))
772         InterleaveGroupMap.erase(Member);
773
774     delete Group;
775   }
776
777   /// \brief Collect all the accesses with a constant stride in program order.
778   void collectConstStridedAccesses(
779       MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
780       const ValueToValueMap &Strides);
781 };
782
783 /// Utility class for getting and setting loop vectorizer hints in the form
784 /// of loop metadata.
785 /// This class keeps a number of loop annotations locally (as member variables)
786 /// and can, upon request, write them back as metadata on the loop. It will
787 /// initially scan the loop for existing metadata, and will update the local
788 /// values based on information in the loop.
789 /// We cannot write all values to metadata, as the mere presence of some info,
790 /// for example 'force', means a decision has been made. So, we need to be
791 /// careful NOT to add them if the user hasn't specifically asked so.
792 class LoopVectorizeHints {
793   enum HintKind {
794     HK_WIDTH,
795     HK_UNROLL,
796     HK_FORCE
797   };
798
799   /// Hint - associates name and validation with the hint value.
800   struct Hint {
801     const char * Name;
802     unsigned Value; // This may have to change for non-numeric values.
803     HintKind Kind;
804
805     Hint(const char * Name, unsigned Value, HintKind Kind)
806       : Name(Name), Value(Value), Kind(Kind) { }
807
808     bool validate(unsigned Val) {
809       switch (Kind) {
810       case HK_WIDTH:
811         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= VectorizerParams::MaxVectorWidth;
812       case HK_UNROLL:
813         return isPowerOf2_32(Val) && Val <= MaxInterleaveFactor;
814       case HK_FORCE:
815         return (Val <= 1);
816       }
817       return false;
818     }
819   };
820
821   /// Vectorization width.
822   Hint Width;
823   /// Vectorization interleave factor.
824   Hint Interleave;
825   /// Vectorization forced
826   Hint Force;
827
828   /// Return the loop metadata prefix.
829   static StringRef Prefix() { return "llvm.loop."; }
830
831 public:
832   enum ForceKind {
833     FK_Undefined = -1, ///< Not selected.
834     FK_Disabled = 0,   ///< Forcing disabled.
835     FK_Enabled = 1,    ///< Forcing enabled.
836   };
837
838   LoopVectorizeHints(const Loop *L, bool DisableInterleaving)
839       : Width("vectorize.width", VectorizerParams::VectorizationFactor,
840               HK_WIDTH),
841         Interleave("interleave.count", DisableInterleaving, HK_UNROLL),
842         Force("vectorize.enable", FK_Undefined, HK_FORCE),
843         TheLoop(L) {
844     // Populate values with existing loop metadata.
845     getHintsFromMetadata();
846
847     // force-vector-interleave overrides DisableInterleaving.
848     if (VectorizerParams::isInterleaveForced())
849       Interleave.Value = VectorizerParams::VectorizationInterleave;
850
851     DEBUG(if (DisableInterleaving && Interleave.Value == 1) dbgs()
852           << "LV: Interleaving disabled by the pass manager\n");
853   }
854
855   /// Mark the loop L as already vectorized by setting the width to 1.
856   void setAlreadyVectorized() {
857     Width.Value = Interleave.Value = 1;
858     Hint Hints[] = {Width, Interleave};
859     writeHintsToMetadata(Hints);
860   }
861
862   bool allowVectorization(Function *F, Loop *L, bool AlwaysVectorize) const {
863     if (getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled) {
864       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: #pragma vectorize disable.\n");
865       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
866                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
867       return false;
868     }
869
870     if (!AlwaysVectorize && getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
871       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: No #pragma vectorize enable.\n");
872       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
873                                      L->getStartLoc(), emitRemark());
874       return false;
875     }
876
877     if (getWidth() == 1 && getInterleave() == 1) {
878       // FIXME: Add a separate metadata to indicate when the loop has already
879       // been vectorized instead of setting width and count to 1.
880       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Disabled/already vectorized.\n");
881       // FIXME: Add interleave.disable metadata. This will allow
882       // vectorize.disable to be used without disabling the pass and errors
883       // to differentiate between disabled vectorization and a width of 1.
884       emitOptimizationRemarkAnalysis(
885           F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
886           "loop not vectorized: vectorization and interleaving are explicitly "
887           "disabled, or vectorize width and interleave count are both set to "
888           "1");
889       return false;
890     }
891
892     return true;
893   }
894
895   /// Dumps all the hint information.
896   std::string emitRemark() const {
897     VectorizationReport R;
898     if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Disabled)
899       R << "vectorization is explicitly disabled";
900     else {
901       R << "use -Rpass-analysis=loop-vectorize for more info";
902       if (Force.Value == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
903         R << " (Force=true";
904         if (Width.Value != 0)
905           R << ", Vector Width=" << Width.Value;
906         if (Interleave.Value != 0)
907           R << ", Interleave Count=" << Interleave.Value;
908         R << ")";
909       }
910     }
911
912     return R.str();
913   }
914
915   unsigned getWidth() const { return Width.Value; }
916   unsigned getInterleave() const { return Interleave.Value; }
917   enum ForceKind getForce() const { return (ForceKind)Force.Value; }
918   bool isForced() const {
919     return getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled || getWidth() > 1 ||
920            getInterleave() > 1;
921   }
922
923 private:
924   /// Find hints specified in the loop metadata and update local values.
925   void getHintsFromMetadata() {
926     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
927     if (!LoopID)
928       return;
929
930     // First operand should refer to the loop id itself.
931     assert(LoopID->getNumOperands() > 0 && "requires at least one operand");
932     assert(LoopID->getOperand(0) == LoopID && "invalid loop id");
933
934     for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
935       const MDString *S = nullptr;
936       SmallVector<Metadata *, 4> Args;
937
938       // The expected hint is either a MDString or a MDNode with the first
939       // operand a MDString.
940       if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i))) {
941         if (!MD || MD->getNumOperands() == 0)
942           continue;
943         S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
944         for (unsigned i = 1, ie = MD->getNumOperands(); i < ie; ++i)
945           Args.push_back(MD->getOperand(i));
946       } else {
947         S = dyn_cast<MDString>(LoopID->getOperand(i));
948         assert(Args.size() == 0 && "too many arguments for MDString");
949       }
950
951       if (!S)
952         continue;
953
954       // Check if the hint starts with the loop metadata prefix.
955       StringRef Name = S->getString();
956       if (Args.size() == 1)
957         setHint(Name, Args[0]);
958     }
959   }
960
961   /// Checks string hint with one operand and set value if valid.
962   void setHint(StringRef Name, Metadata *Arg) {
963     if (!Name.startswith(Prefix()))
964       return;
965     Name = Name.substr(Prefix().size(), StringRef::npos);
966
967     const ConstantInt *C = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(Arg);
968     if (!C) return;
969     unsigned Val = C->getZExtValue();
970
971     Hint *Hints[] = {&Width, &Interleave, &Force};
972     for (auto H : Hints) {
973       if (Name == H->Name) {
974         if (H->validate(Val))
975           H->Value = Val;
976         else
977           DEBUG(dbgs() << "LV: ignoring invalid hint '" << Name << "'\n");
978         break;
979       }
980     }
981   }
982
983   /// Create a new hint from name / value pair.
984   MDNode *createHintMetadata(StringRef Name, unsigned V) const {
985     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
986     Metadata *MDs[] = {MDString::get(Context, Name),
987                        ConstantAsMetadata::get(
988                            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), V))};
989     return MDNode::get(Context, MDs);
990   }
991
992   /// Matches metadata with hint name.
993   bool matchesHintMetadataName(MDNode *Node, ArrayRef<Hint> HintTypes) {
994     MDString* Name = dyn_cast<MDString>(Node->getOperand(0));
995     if (!Name)
996       return false;
997
998     for (auto H : HintTypes)
999       if (Name->getString().endswith(H.Name))
1000         return true;
1001     return false;
1002   }
1003
1004   /// Sets current hints into loop metadata, keeping other values intact.
1005   void writeHintsToMetadata(ArrayRef<Hint> HintTypes) {
1006     if (HintTypes.size() == 0)
1007       return;
1008
1009     // Reserve the first element to LoopID (see below).
1010     SmallVector<Metadata *, 4> MDs(1);
1011     // If the loop already has metadata, then ignore the existing operands.
1012     MDNode *LoopID = TheLoop->getLoopID();
1013     if (LoopID) {
1014       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1015         MDNode *Node = cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1016         // If node in update list, ignore old value.
1017         if (!matchesHintMetadataName(Node, HintTypes))
1018           MDs.push_back(Node);
1019       }
1020     }
1021
1022     // Now, add the missing hints.
1023     for (auto H : HintTypes)
1024       MDs.push_back(createHintMetadata(Twine(Prefix(), H.Name).str(), H.Value));
1025
1026     // Replace current metadata node with new one.
1027     LLVMContext &Context = TheLoop->getHeader()->getContext();
1028     MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1029     // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1030     NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1031
1032     TheLoop->setLoopID(NewLoopID);
1033   }
1034
1035   /// The loop these hints belong to.
1036   const Loop *TheLoop;
1037 };
1038
1039 static void emitAnalysisDiag(const Function *TheFunction, const Loop *TheLoop,
1040                              const LoopVectorizeHints &Hints,
1041                              const LoopAccessReport &Message) {
1042   // If a loop hint is provided the diagnostic is always produced.
1043   const char *Name = Hints.isForced() ? DiagnosticInfo::AlwaysPrint : LV_NAME;
1044   LoopAccessReport::emitAnalysis(Message, TheFunction, TheLoop, Name);
1045 }
1046
1047 static void emitMissedWarning(Function *F, Loop *L,
1048                               const LoopVectorizeHints &LH) {
1049   emitOptimizationRemarkMissed(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1050                                L->getStartLoc(), LH.emitRemark());
1051
1052   if (LH.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled) {
1053     if (LH.getWidth() != 1)
1054       emitLoopVectorizeWarning(
1055           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1056           "failed explicitly specified loop vectorization");
1057     else if (LH.getInterleave() != 1)
1058       emitLoopInterleaveWarning(
1059           F->getContext(), *F, L->getStartLoc(),
1060           "failed explicitly specified loop interleaving");
1061   }
1062 }
1063
1064 /// LoopVectorizationLegality checks if it is legal to vectorize a loop, and
1065 /// to what vectorization factor.
1066 /// This class does not look at the profitability of vectorization, only the
1067 /// legality. This class has two main kinds of checks:
1068 /// * Memory checks - The code in canVectorizeMemory checks if vectorization
1069 ///   will change the order of memory accesses in a way that will change the
1070 ///   correctness of the program.
1071 /// * Scalars checks - The code in canVectorizeInstrs and canVectorizeMemory
1072 /// checks for a number of different conditions, such as the availability of a
1073 /// single induction variable, that all types are supported and vectorize-able,
1074 /// etc. This code reflects the capabilities of InnerLoopVectorizer.
1075 /// This class is also used by InnerLoopVectorizer for identifying
1076 /// induction variable and the different reduction variables.
1077 class LoopVectorizationLegality {
1078 public:
1079   LoopVectorizationLegality(Loop *L, ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT,
1080                             TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA,
1081                             Function *F, const TargetTransformInfo *TTI,
1082                             LoopAccessAnalysis *LAA,
1083                             LoopVectorizationRequirements *R,
1084                             const LoopVectorizeHints *H)
1085       : NumPredStores(0), TheLoop(L), SE(SE), TLI(TLI), TheFunction(F),
1086         TTI(TTI), DT(DT), LAA(LAA), LAI(nullptr), InterleaveInfo(SE, L, DT),
1087         Induction(nullptr), WidestIndTy(nullptr), HasFunNoNaNAttr(false),
1088         Requirements(R), Hints(H) {}
1089
1090   /// This enum represents the kinds of inductions that we support.
1091   enum InductionKind {
1092     IK_NoInduction,  ///< Not an induction variable.
1093     IK_IntInduction, ///< Integer induction variable. Step = C.
1094     IK_PtrInduction  ///< Pointer induction var. Step = C / sizeof(elem).
1095   };
1096
1097   /// A struct for saving information about induction variables.
1098   struct InductionInfo {
1099     InductionInfo(Value *Start, InductionKind K, ConstantInt *Step)
1100         : StartValue(Start), IK(K), StepValue(Step) {
1101       assert(IK != IK_NoInduction && "Not an induction");
1102       assert(StartValue && "StartValue is null");
1103       assert(StepValue && !StepValue->isZero() && "StepValue is zero");
1104       assert((IK != IK_PtrInduction || StartValue->getType()->isPointerTy()) &&
1105              "StartValue is not a pointer for pointer induction");
1106       assert((IK != IK_IntInduction || StartValue->getType()->isIntegerTy()) &&
1107              "StartValue is not an integer for integer induction");
1108       assert(StepValue->getType()->isIntegerTy() &&
1109              "StepValue is not an integer");
1110     }
1111     InductionInfo()
1112         : StartValue(nullptr), IK(IK_NoInduction), StepValue(nullptr) {}
1113
1114     /// Get the consecutive direction. Returns:
1115     ///   0 - unknown or non-consecutive.
1116     ///   1 - consecutive and increasing.
1117     ///  -1 - consecutive and decreasing.
1118     int getConsecutiveDirection() const {
1119       if (StepValue && (StepValue->isOne() || StepValue->isMinusOne()))
1120         return StepValue->getSExtValue();
1121       return 0;
1122     }
1123
1124     /// Compute the transformed value of Index at offset StartValue using step
1125     /// StepValue.
1126     /// For integer induction, returns StartValue + Index * StepValue.
1127     /// For pointer induction, returns StartValue[Index * StepValue].
1128     /// FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw
1129     /// flags, which can be found from the original scalar operations.
1130     Value *transform(IRBuilder<> &B, Value *Index) const {
1131       switch (IK) {
1132       case IK_IntInduction:
1133         assert(Index->getType() == StartValue->getType() &&
1134                "Index type does not match StartValue type");
1135         if (StepValue->isMinusOne())
1136           return B.CreateSub(StartValue, Index);
1137         if (!StepValue->isOne())
1138           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
1139         return B.CreateAdd(StartValue, Index);
1140
1141       case IK_PtrInduction:
1142         assert(Index->getType() == StepValue->getType() &&
1143                "Index type does not match StepValue type");
1144         if (StepValue->isMinusOne())
1145           Index = B.CreateNeg(Index);
1146         else if (!StepValue->isOne())
1147           Index = B.CreateMul(Index, StepValue);
1148         return B.CreateGEP(nullptr, StartValue, Index);
1149
1150       case IK_NoInduction:
1151         return nullptr;
1152       }
1153       llvm_unreachable("invalid enum");
1154     }
1155
1156     /// Start value.
1157     TrackingVH<Value> StartValue;
1158     /// Induction kind.
1159     InductionKind IK;
1160     /// Step value.
1161     ConstantInt *StepValue;
1162   };
1163
1164   /// ReductionList contains the reduction descriptors for all
1165   /// of the reductions that were found in the loop.
1166   typedef DenseMap<PHINode *, RecurrenceDescriptor> ReductionList;
1167
1168   /// InductionList saves induction variables and maps them to the
1169   /// induction descriptor.
1170   typedef MapVector<PHINode*, InductionInfo> InductionList;
1171
1172   /// Returns true if it is legal to vectorize this loop.
1173   /// This does not mean that it is profitable to vectorize this
1174   /// loop, only that it is legal to do so.
1175   bool canVectorize();
1176
1177   /// Returns the Induction variable.
1178   PHINode *getInduction() { return Induction; }
1179
1180   /// Returns the reduction variables found in the loop.
1181   ReductionList *getReductionVars() { return &Reductions; }
1182
1183   /// Returns the induction variables found in the loop.
1184   InductionList *getInductionVars() { return &Inductions; }
1185
1186   /// Returns the widest induction type.
1187   Type *getWidestInductionType() { return WidestIndTy; }
1188
1189   /// Returns True if V is an induction variable in this loop.
1190   bool isInductionVariable(const Value *V);
1191
1192   /// Return true if the block BB needs to be predicated in order for the loop
1193   /// to be vectorized.
1194   bool blockNeedsPredication(BasicBlock *BB);
1195
1196   /// Check if this  pointer is consecutive when vectorizing. This happens
1197   /// when the last index of the GEP is the induction variable, or that the
1198   /// pointer itself is an induction variable.
1199   /// This check allows us to vectorize A[idx] into a wide load/store.
1200   /// Returns:
1201   /// 0 - Stride is unknown or non-consecutive.
1202   /// 1 - Address is consecutive.
1203   /// -1 - Address is consecutive, and decreasing.
1204   int isConsecutivePtr(Value *Ptr);
1205
1206   /// Returns true if the value V is uniform within the loop.
1207   bool isUniform(Value *V);
1208
1209   /// Returns true if this instruction will remain scalar after vectorization.
1210   bool isUniformAfterVectorization(Instruction* I) { return Uniforms.count(I); }
1211
1212   /// Returns the information that we collected about runtime memory check.
1213   const RuntimePointerChecking *getRuntimePointerChecking() const {
1214     return LAI->getRuntimePointerChecking();
1215   }
1216
1217   const LoopAccessInfo *getLAI() const {
1218     return LAI;
1219   }
1220
1221   /// \brief Check if \p Instr belongs to any interleaved access group.
1222   bool isAccessInterleaved(Instruction *Instr) {
1223     return InterleaveInfo.isInterleaved(Instr);
1224   }
1225
1226   /// \brief Get the interleaved access group that \p Instr belongs to.
1227   const InterleaveGroup *getInterleavedAccessGroup(Instruction *Instr) {
1228     return InterleaveInfo.getInterleaveGroup(Instr);
1229   }
1230
1231   unsigned getMaxSafeDepDistBytes() { return LAI->getMaxSafeDepDistBytes(); }
1232
1233   bool hasStride(Value *V) { return StrideSet.count(V); }
1234   bool mustCheckStrides() { return !StrideSet.empty(); }
1235   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_begin() {
1236     return StrideSet.begin();
1237   }
1238   SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator strides_end() { return StrideSet.end(); }
1239
1240   /// Returns true if the target machine supports masked store operation
1241   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1242   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType, Value *Ptr) {
1243     return TTI->isLegalMaskedStore(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
1244   }
1245   /// Returns true if the target machine supports masked load operation
1246   /// for the given \p DataType and kind of access to \p Ptr.
1247   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType, Value *Ptr) {
1248     return TTI->isLegalMaskedLoad(DataType, isConsecutivePtr(Ptr));
1249   }
1250   /// Returns true if vector representation of the instruction \p I
1251   /// requires mask.
1252   bool isMaskRequired(const Instruction* I) {
1253     return (MaskedOp.count(I) != 0);
1254   }
1255   unsigned getNumStores() const {
1256     return LAI->getNumStores();
1257   }
1258   unsigned getNumLoads() const {
1259     return LAI->getNumLoads();
1260   }
1261   unsigned getNumPredStores() const {
1262     return NumPredStores;
1263   }
1264 private:
1265   /// Check if a single basic block loop is vectorizable.
1266   /// At this point we know that this is a loop with a constant trip count
1267   /// and we only need to check individual instructions.
1268   bool canVectorizeInstrs();
1269
1270   /// When we vectorize loops we may change the order in which
1271   /// we read and write from memory. This method checks if it is
1272   /// legal to vectorize the code, considering only memory constrains.
1273   /// Returns true if the loop is vectorizable
1274   bool canVectorizeMemory();
1275
1276   /// Return true if we can vectorize this loop using the IF-conversion
1277   /// transformation.
1278   bool canVectorizeWithIfConvert();
1279
1280   /// Collect the variables that need to stay uniform after vectorization.
1281   void collectLoopUniforms();
1282
1283   /// Return true if all of the instructions in the block can be speculatively
1284   /// executed. \p SafePtrs is a list of addresses that are known to be legal
1285   /// and we know that we can read from them without segfault.
1286   bool blockCanBePredicated(BasicBlock *BB, SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs);
1287
1288   /// Returns the induction kind of Phi and record the step. This function may
1289   /// return NoInduction if the PHI is not an induction variable.
1290   InductionKind isInductionVariable(PHINode *Phi, ConstantInt *&StepValue);
1291
1292   /// \brief Collect memory access with loop invariant strides.
1293   ///
1294   /// Looks for accesses like "a[i * StrideA]" where "StrideA" is loop
1295   /// invariant.
1296   void collectStridedAccess(Value *LoadOrStoreInst);
1297
1298   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1299   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1300   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1301   /// LoopAccessReport.
1302   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1303     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1304   }
1305
1306   unsigned NumPredStores;
1307
1308   /// The loop that we evaluate.
1309   Loop *TheLoop;
1310   /// Scev analysis.
1311   ScalarEvolution *SE;
1312   /// Target Library Info.
1313   TargetLibraryInfo *TLI;
1314   /// Parent function
1315   Function *TheFunction;
1316   /// Target Transform Info
1317   const TargetTransformInfo *TTI;
1318   /// Dominator Tree.
1319   DominatorTree *DT;
1320   // LoopAccess analysis.
1321   LoopAccessAnalysis *LAA;
1322   // And the loop-accesses info corresponding to this loop.  This pointer is
1323   // null until canVectorizeMemory sets it up.
1324   const LoopAccessInfo *LAI;
1325
1326   /// The interleave access information contains groups of interleaved accesses
1327   /// with the same stride and close to each other.
1328   InterleavedAccessInfo InterleaveInfo;
1329
1330   //  ---  vectorization state --- //
1331
1332   /// Holds the integer induction variable. This is the counter of the
1333   /// loop.
1334   PHINode *Induction;
1335   /// Holds the reduction variables.
1336   ReductionList Reductions;
1337   /// Holds all of the induction variables that we found in the loop.
1338   /// Notice that inductions don't need to start at zero and that induction
1339   /// variables can be pointers.
1340   InductionList Inductions;
1341   /// Holds the widest induction type encountered.
1342   Type *WidestIndTy;
1343
1344   /// Allowed outside users. This holds the reduction
1345   /// vars which can be accessed from outside the loop.
1346   SmallPtrSet<Value*, 4> AllowedExit;
1347   /// This set holds the variables which are known to be uniform after
1348   /// vectorization.
1349   SmallPtrSet<Instruction*, 4> Uniforms;
1350
1351   /// Can we assume the absence of NaNs.
1352   bool HasFunNoNaNAttr;
1353
1354   /// Vectorization requirements that will go through late-evaluation.
1355   LoopVectorizationRequirements *Requirements;
1356
1357   /// Used to emit an analysis of any legality issues.
1358   const LoopVectorizeHints *Hints;
1359
1360   ValueToValueMap Strides;
1361   SmallPtrSet<Value *, 8> StrideSet;
1362
1363   /// While vectorizing these instructions we have to generate a
1364   /// call to the appropriate masked intrinsic
1365   SmallPtrSet<const Instruction*, 8> MaskedOp;
1366 };
1367
1368 /// LoopVectorizationCostModel - estimates the expected speedups due to
1369 /// vectorization.
1370 /// In many cases vectorization is not profitable. This can happen because of
1371 /// a number of reasons. In this class we mainly attempt to predict the
1372 /// expected speedup/slowdowns due to the supported instruction set. We use the
1373 /// TargetTransformInfo to query the different backends for the cost of
1374 /// different operations.
1375 class LoopVectorizationCostModel {
1376 public:
1377   LoopVectorizationCostModel(Loop *L, ScalarEvolution *SE, LoopInfo *LI,
1378                              LoopVectorizationLegality *Legal,
1379                              const TargetTransformInfo &TTI,
1380                              const TargetLibraryInfo *TLI, AssumptionCache *AC,
1381                              const Function *F, const LoopVectorizeHints *Hints)
1382       : TheLoop(L), SE(SE), LI(LI), Legal(Legal), TTI(TTI), TLI(TLI),
1383         TheFunction(F), Hints(Hints) {
1384     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, EphValues);
1385   }
1386
1387   /// Information about vectorization costs
1388   struct VectorizationFactor {
1389     unsigned Width; // Vector width with best cost
1390     unsigned Cost; // Cost of the loop with that width
1391   };
1392   /// \return The most profitable vectorization factor and the cost of that VF.
1393   /// This method checks every power of two up to VF. If UserVF is not ZERO
1394   /// then this vectorization factor will be selected if vectorization is
1395   /// possible.
1396   VectorizationFactor selectVectorizationFactor(bool OptForSize);
1397
1398   /// \return The size (in bits) of the widest type in the code that
1399   /// needs to be vectorized. We ignore values that remain scalar such as
1400   /// 64 bit loop indices.
1401   unsigned getWidestType();
1402
1403   /// \return The desired interleave count.
1404   /// If interleave count has been specified by metadata it will be returned.
1405   /// Otherwise, the interleave count is computed and returned. VF and LoopCost
1406   /// are the selected vectorization factor and the cost of the selected VF.
1407   unsigned selectInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1408                                  unsigned LoopCost);
1409
1410   /// \return The most profitable unroll factor.
1411   /// This method finds the best unroll-factor based on register pressure and
1412   /// other parameters. VF and LoopCost are the selected vectorization factor
1413   /// and the cost of the selected VF.
1414   unsigned computeInterleaveCount(bool OptForSize, unsigned VF,
1415                                   unsigned LoopCost);
1416
1417   /// \brief A struct that represents some properties of the register usage
1418   /// of a loop.
1419   struct RegisterUsage {
1420     /// Holds the number of loop invariant values that are used in the loop.
1421     unsigned LoopInvariantRegs;
1422     /// Holds the maximum number of concurrent live intervals in the loop.
1423     unsigned MaxLocalUsers;
1424     /// Holds the number of instructions in the loop.
1425     unsigned NumInstructions;
1426   };
1427
1428   /// \return  information about the register usage of the loop.
1429   RegisterUsage calculateRegisterUsage();
1430
1431 private:
1432   /// Returns the expected execution cost. The unit of the cost does
1433   /// not matter because we use the 'cost' units to compare different
1434   /// vector widths. The cost that is returned is *not* normalized by
1435   /// the factor width.
1436   unsigned expectedCost(unsigned VF);
1437
1438   /// Returns the execution time cost of an instruction for a given vector
1439   /// width. Vector width of one means scalar.
1440   unsigned getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF);
1441
1442   /// Returns whether the instruction is a load or store and will be a emitted
1443   /// as a vector operation.
1444   bool isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *I);
1445
1446   /// Report an analysis message to assist the user in diagnosing loops that are
1447   /// not vectorized.  These are handled as LoopAccessReport rather than
1448   /// VectorizationReport because the << operator of VectorizationReport returns
1449   /// LoopAccessReport.
1450   void emitAnalysis(const LoopAccessReport &Message) const {
1451     emitAnalysisDiag(TheFunction, TheLoop, *Hints, Message);
1452   }
1453
1454   /// Values used only by @llvm.assume calls.
1455   SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
1456
1457   /// The loop that we evaluate.
1458   Loop *TheLoop;
1459   /// Scev analysis.
1460   ScalarEvolution *SE;
1461   /// Loop Info analysis.
1462   LoopInfo *LI;
1463   /// Vectorization legality.
1464   LoopVectorizationLegality *Legal;
1465   /// Vector target information.
1466   const TargetTransformInfo &TTI;
1467   /// Target Library Info.
1468   const TargetLibraryInfo *TLI;
1469   const Function *TheFunction;
1470   // Loop Vectorize Hint.
1471   const LoopVectorizeHints *Hints;
1472 };
1473
1474 /// \brief This holds vectorization requirements that must be verified late in
1475 /// the process. The requirements are set by legalize and costmodel. Once
1476 /// vectorization has been determined to be possible and profitable the
1477 /// requirements can be verified by looking for metadata or compiler options.
1478 /// For example, some loops require FP commutativity which is only allowed if
1479 /// vectorization is explicitly specified or if the fast-math compiler option
1480 /// has been provided.
1481 /// Late evaluation of these requirements allows helpful diagnostics to be
1482 /// composed that tells the user what need to be done to vectorize the loop. For
1483 /// example, by specifying #pragma clang loop vectorize or -ffast-math. Late
1484 /// evaluation should be used only when diagnostics can generated that can be
1485 /// followed by a non-expert user.
1486 class LoopVectorizationRequirements {
1487 public:
1488   LoopVectorizationRequirements()
1489       : NumRuntimePointerChecks(0), UnsafeAlgebraInst(nullptr) {}
1490
1491   void addUnsafeAlgebraInst(Instruction *I) {
1492     // First unsafe algebra instruction.
1493     if (!UnsafeAlgebraInst)
1494       UnsafeAlgebraInst = I;
1495   }
1496
1497   void addRuntimePointerChecks(unsigned Num) { NumRuntimePointerChecks = Num; }
1498
1499   bool doesNotMeet(Function *F, Loop *L, const LoopVectorizeHints &Hints) {
1500     // If a loop hint is provided the diagnostic is always produced.
1501     const char *Name = Hints.isForced() ? DiagnosticInfo::AlwaysPrint : LV_NAME;
1502     bool Failed = false;
1503     if (UnsafeAlgebraInst &&
1504         Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Undefined &&
1505         Hints.getWidth() == 0) {
1506       emitOptimizationRemarkAnalysisFPCommute(
1507           F->getContext(), Name, *F, UnsafeAlgebraInst->getDebugLoc(),
1508           VectorizationReport() << "vectorization requires changes in the "
1509                                    "order of operations, however IEEE 754 "
1510                                    "floating-point operations are not "
1511                                    "commutative");
1512       Failed = true;
1513     }
1514
1515     if (NumRuntimePointerChecks >
1516         VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold) {
1517       emitOptimizationRemarkAnalysisAliasing(
1518           F->getContext(), Name, *F, L->getStartLoc(),
1519           VectorizationReport()
1520               << "cannot prove pointers refer to independent arrays in memory. "
1521                  "The loop requires "
1522               << NumRuntimePointerChecks
1523               << " runtime independence checks to vectorize the loop, but that "
1524                  "would exceed the limit of "
1525               << VectorizerParams::RuntimeMemoryCheckThreshold << " checks");
1526       DEBUG(dbgs() << "LV: Too many memory checks needed.\n");
1527       Failed = true;
1528     }
1529
1530     return Failed;
1531   }
1532
1533 private:
1534   unsigned NumRuntimePointerChecks;
1535   Instruction *UnsafeAlgebraInst;
1536 };
1537
1538 static void addInnerLoop(Loop &L, SmallVectorImpl<Loop *> &V) {
1539   if (L.empty())
1540     return V.push_back(&L);
1541
1542   for (Loop *InnerL : L)
1543     addInnerLoop(*InnerL, V);
1544 }
1545
1546 /// The LoopVectorize Pass.
1547 struct LoopVectorize : public FunctionPass {
1548   /// Pass identification, replacement for typeid
1549   static char ID;
1550
1551   explicit LoopVectorize(bool NoUnrolling = false, bool AlwaysVectorize = true)
1552     : FunctionPass(ID),
1553       DisableUnrolling(NoUnrolling),
1554       AlwaysVectorize(AlwaysVectorize) {
1555     initializeLoopVectorizePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1556   }
1557
1558   ScalarEvolution *SE;
1559   LoopInfo *LI;
1560   TargetTransformInfo *TTI;
1561   DominatorTree *DT;
1562   BlockFrequencyInfo *BFI;
1563   TargetLibraryInfo *TLI;
1564   AliasAnalysis *AA;
1565   AssumptionCache *AC;
1566   LoopAccessAnalysis *LAA;
1567   bool DisableUnrolling;
1568   bool AlwaysVectorize;
1569
1570   BlockFrequency ColdEntryFreq;
1571
1572   bool runOnFunction(Function &F) override {
1573     SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
1574     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
1575     TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
1576     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1577     BFI = &getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>().getBFI();
1578     auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1579     TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
1580     AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1581     AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1582     LAA = &getAnalysis<LoopAccessAnalysis>();
1583
1584     // Compute some weights outside of the loop over the loops. Compute this
1585     // using a BranchProbability to re-use its scaling math.
1586     const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1587     ColdEntryFreq = BlockFrequency(BFI->getEntryFreq()) * ColdProb;
1588
1589     // Don't attempt if
1590     // 1. the target claims to have no vector registers, and
1591     // 2. interleaving won't help ILP.
1592     //
1593     // The second condition is necessary because, even if the target has no
1594     // vector registers, loop vectorization may still enable scalar
1595     // interleaving.
1596     if (!TTI->getNumberOfRegisters(true) && TTI->getMaxInterleaveFactor(1) < 2)
1597       return false;
1598
1599     // Build up a worklist of inner-loops to vectorize. This is necessary as
1600     // the act of vectorizing or partially unrolling a loop creates new loops
1601     // and can invalidate iterators across the loops.
1602     SmallVector<Loop *, 8> Worklist;
1603
1604     for (Loop *L : *LI)
1605       addInnerLoop(*L, Worklist);
1606
1607     LoopsAnalyzed += Worklist.size();
1608
1609     // Now walk the identified inner loops.
1610     bool Changed = false;
1611     while (!Worklist.empty())
1612       Changed |= processLoop(Worklist.pop_back_val());
1613
1614     // Process each loop nest in the function.
1615     return Changed;
1616   }
1617
1618   static void AddRuntimeUnrollDisableMetaData(Loop *L) {
1619     SmallVector<Metadata *, 4> MDs;
1620     // Reserve first location for self reference to the LoopID metadata node.
1621     MDs.push_back(nullptr);
1622     bool IsUnrollMetadata = false;
1623     MDNode *LoopID = L->getLoopID();
1624     if (LoopID) {
1625       // First find existing loop unrolling disable metadata.
1626       for (unsigned i = 1, ie = LoopID->getNumOperands(); i < ie; ++i) {
1627         MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(LoopID->getOperand(i));
1628         if (MD) {
1629           const MDString *S = dyn_cast<MDString>(MD->getOperand(0));
1630           IsUnrollMetadata =
1631               S && S->getString().startswith("llvm.loop.unroll.disable");
1632         }
1633         MDs.push_back(LoopID->getOperand(i));
1634       }
1635     }
1636
1637     if (!IsUnrollMetadata) {
1638       // Add runtime unroll disable metadata.
1639       LLVMContext &Context = L->getHeader()->getContext();
1640       SmallVector<Metadata *, 1> DisableOperands;
1641       DisableOperands.push_back(
1642           MDString::get(Context, "llvm.loop.unroll.runtime.disable"));
1643       MDNode *DisableNode = MDNode::get(Context, DisableOperands);
1644       MDs.push_back(DisableNode);
1645       MDNode *NewLoopID = MDNode::get(Context, MDs);
1646       // Set operand 0 to refer to the loop id itself.
1647       NewLoopID->replaceOperandWith(0, NewLoopID);
1648       L->setLoopID(NewLoopID);
1649     }
1650   }
1651
1652   bool processLoop(Loop *L) {
1653     assert(L->empty() && "Only process inner loops.");
1654
1655 #ifndef NDEBUG
1656     const std::string DebugLocStr = getDebugLocString(L);
1657 #endif /* NDEBUG */
1658
1659     DEBUG(dbgs() << "\nLV: Checking a loop in \""
1660                  << L->getHeader()->getParent()->getName() << "\" from "
1661                  << DebugLocStr << "\n");
1662
1663     LoopVectorizeHints Hints(L, DisableUnrolling);
1664
1665     DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints:"
1666                  << " force="
1667                  << (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Disabled
1668                          ? "disabled"
1669                          : (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled
1670                                 ? "enabled"
1671                                 : "?")) << " width=" << Hints.getWidth()
1672                  << " unroll=" << Hints.getInterleave() << "\n");
1673
1674     // Function containing loop
1675     Function *F = L->getHeader()->getParent();
1676
1677     // Looking at the diagnostic output is the only way to determine if a loop
1678     // was vectorized (other than looking at the IR or machine code), so it
1679     // is important to generate an optimization remark for each loop. Most of
1680     // these messages are generated by emitOptimizationRemarkAnalysis. Remarks
1681     // generated by emitOptimizationRemark and emitOptimizationRemarkMissed are
1682     // less verbose reporting vectorized loops and unvectorized loops that may
1683     // benefit from vectorization, respectively.
1684
1685     if (!Hints.allowVectorization(F, L, AlwaysVectorize)) {
1686       DEBUG(dbgs() << "LV: Loop hints prevent vectorization.\n");
1687       return false;
1688     }
1689
1690     // Check the loop for a trip count threshold:
1691     // do not vectorize loops with a tiny trip count.
1692     const unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(L);
1693     if (TC > 0u && TC < TinyTripCountVectorThreshold) {
1694       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop with a very small trip count. "
1695                    << "This loop is not worth vectorizing.");
1696       if (Hints.getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled)
1697         DEBUG(dbgs() << " But vectorizing was explicitly forced.\n");
1698       else {
1699         DEBUG(dbgs() << "\n");
1700         emitAnalysisDiag(F, L, Hints, VectorizationReport()
1701                                           << "vectorization is not beneficial "
1702                                              "and is not explicitly forced");
1703         return false;
1704       }
1705     }
1706
1707     // Check if it is legal to vectorize the loop.
1708     LoopVectorizationRequirements Requirements;
1709     LoopVectorizationLegality LVL(L, SE, DT, TLI, AA, F, TTI, LAA,
1710                                   &Requirements, &Hints);
1711     if (!LVL.canVectorize()) {
1712       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: Cannot prove legality.\n");
1713       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1714       return false;
1715     }
1716
1717     // Use the cost model.
1718     LoopVectorizationCostModel CM(L, SE, LI, &LVL, *TTI, TLI, AC, F, &Hints);
1719
1720     // Check the function attributes to find out if this function should be
1721     // optimized for size.
1722     bool OptForSize = Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1723                       F->optForSize();
1724
1725     // Compute the weighted frequency of this loop being executed and see if it
1726     // is less than 20% of the function entry baseline frequency. Note that we
1727     // always have a canonical loop here because we think we *can* vectorize.
1728     // FIXME: This is hidden behind a flag due to pervasive problems with
1729     // exactly what block frequency models.
1730     if (LoopVectorizeWithBlockFrequency) {
1731       BlockFrequency LoopEntryFreq = BFI->getBlockFreq(L->getLoopPreheader());
1732       if (Hints.getForce() != LoopVectorizeHints::FK_Enabled &&
1733           LoopEntryFreq < ColdEntryFreq)
1734         OptForSize = true;
1735     }
1736
1737     // Check the function attributes to see if implicit floats are allowed.
1738     // FIXME: This check doesn't seem possibly correct -- what if the loop is
1739     // an integer loop and the vector instructions selected are purely integer
1740     // vector instructions?
1741     if (F->hasFnAttribute(Attribute::NoImplicitFloat)) {
1742       DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize when the NoImplicitFloat"
1743             "attribute is used.\n");
1744       emitAnalysisDiag(
1745           F, L, Hints,
1746           VectorizationReport()
1747               << "loop not vectorized due to NoImplicitFloat attribute");
1748       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1749       return false;
1750     }
1751
1752     // Select the optimal vectorization factor.
1753     const LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor VF =
1754         CM.selectVectorizationFactor(OptForSize);
1755
1756     // Select the interleave count.
1757     unsigned IC = CM.selectInterleaveCount(OptForSize, VF.Width, VF.Cost);
1758
1759     // Get user interleave count.
1760     unsigned UserIC = Hints.getInterleave();
1761
1762     // Identify the diagnostic messages that should be produced.
1763     std::string VecDiagMsg, IntDiagMsg;
1764     bool VectorizeLoop = true, InterleaveLoop = true;
1765
1766     if (Requirements.doesNotMeet(F, L, Hints)) {
1767       DEBUG(dbgs() << "LV: Not vectorizing: loop did not meet vectorization "
1768                       "requirements.\n");
1769       emitMissedWarning(F, L, Hints);
1770       return false;
1771     }
1772
1773     if (VF.Width == 1) {
1774       DEBUG(dbgs() << "LV: Vectorization is possible but not beneficial.\n");
1775       VecDiagMsg =
1776           "the cost-model indicates that vectorization is not beneficial";
1777       VectorizeLoop = false;
1778     }
1779
1780     if (IC == 1 && UserIC <= 1) {
1781       // Tell the user interleaving is not beneficial.
1782       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving is not beneficial.\n");
1783       IntDiagMsg =
1784           "the cost-model indicates that interleaving is not beneficial";
1785       InterleaveLoop = false;
1786       if (UserIC == 1)
1787         IntDiagMsg +=
1788             " and is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1789     } else if (IC > 1 && UserIC == 1) {
1790       // Tell the user interleaving is beneficial, but it explicitly disabled.
1791       DEBUG(dbgs()
1792             << "LV: Interleaving is beneficial but is explicitly disabled.");
1793       IntDiagMsg = "the cost-model indicates that interleaving is beneficial "
1794                    "but is explicitly disabled or interleave count is set to 1";
1795       InterleaveLoop = false;
1796     }
1797
1798     // Override IC if user provided an interleave count.
1799     IC = UserIC > 0 ? UserIC : IC;
1800
1801     // Emit diagnostic messages, if any.
1802     if (!VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1803       // Do not vectorize or interleaving the loop.
1804       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1805                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1806       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1807                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1808       return false;
1809     } else if (!VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1810       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1811       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1812                                      L->getStartLoc(), VecDiagMsg);
1813     } else if (VectorizeLoop && !InterleaveLoop) {
1814       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1815                    << DebugLocStr << '\n');
1816       emitOptimizationRemarkAnalysis(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F,
1817                                      L->getStartLoc(), IntDiagMsg);
1818     } else if (VectorizeLoop && InterleaveLoop) {
1819       DEBUG(dbgs() << "LV: Found a vectorizable loop (" << VF.Width << ") in "
1820                    << DebugLocStr << '\n');
1821       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleave Count is " << IC << '\n');
1822     }
1823
1824     if (!VectorizeLoop) {
1825       assert(IC > 1 && "interleave count should not be 1 or 0");
1826       // If we decided that it is not legal to vectorize the loop then
1827       // interleave it.
1828       InnerLoopUnroller Unroller(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, IC);
1829       Unroller.vectorize(&LVL);
1830
1831       emitOptimizationRemark(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1832                              Twine("interleaved loop (interleaved count: ") +
1833                                  Twine(IC) + ")");
1834     } else {
1835       // If we decided that it is *legal* to vectorize the loop then do it.
1836       InnerLoopVectorizer LB(L, SE, LI, DT, TLI, TTI, VF.Width, IC);
1837       LB.vectorize(&LVL);
1838       ++LoopsVectorized;
1839
1840       // Add metadata to disable runtime unrolling scalar loop when there's no
1841       // runtime check about strides and memory. Because at this situation,
1842       // scalar loop is rarely used not worthy to be unrolled.
1843       if (!LB.IsSafetyChecksAdded())
1844         AddRuntimeUnrollDisableMetaData(L);
1845
1846       // Report the vectorization decision.
1847       emitOptimizationRemark(F->getContext(), DEBUG_TYPE, *F, L->getStartLoc(),
1848                              Twine("vectorized loop (vectorization width: ") +
1849                                  Twine(VF.Width) + ", interleaved count: " +
1850                                  Twine(IC) + ")");
1851     }
1852
1853     // Mark the loop as already vectorized to avoid vectorizing again.
1854     Hints.setAlreadyVectorized();
1855
1856     DEBUG(verifyFunction(*L->getHeader()->getParent()));
1857     return true;
1858   }
1859
1860   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1861     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1862     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
1863     AU.addRequiredID(LCSSAID);
1864     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
1865     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1866     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
1867     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
1868     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
1869     AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1870     AU.addRequired<LoopAccessAnalysis>();
1871     AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
1872     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
1873     AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
1874   }
1875
1876 };
1877
1878 } // end anonymous namespace
1879
1880 //===----------------------------------------------------------------------===//
1881 // Implementation of LoopVectorizationLegality, InnerLoopVectorizer and
1882 // LoopVectorizationCostModel.
1883 //===----------------------------------------------------------------------===//
1884
1885 Value *InnerLoopVectorizer::getBroadcastInstrs(Value *V) {
1886   // We need to place the broadcast of invariant variables outside the loop.
1887   Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(V);
1888   bool NewInstr =
1889       (Instr && std::find(LoopVectorBody.begin(), LoopVectorBody.end(),
1890                           Instr->getParent()) != LoopVectorBody.end());
1891   bool Invariant = OrigLoop->isLoopInvariant(V) && !NewInstr;
1892
1893   // Place the code for broadcasting invariant variables in the new preheader.
1894   IRBuilder<>::InsertPointGuard Guard(Builder);
1895   if (Invariant)
1896     Builder.SetInsertPoint(LoopVectorPreHeader->getTerminator());
1897
1898   // Broadcast the scalar into all locations in the vector.
1899   Value *Shuf = Builder.CreateVectorSplat(VF, V, "broadcast");
1900
1901   return Shuf;
1902 }
1903
1904 Value *InnerLoopVectorizer::getStepVector(Value *Val, int StartIdx,
1905                                           Value *Step) {
1906   assert(Val->getType()->isVectorTy() && "Must be a vector");
1907   assert(Val->getType()->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1908          "Elem must be an integer");
1909   assert(Step->getType() == Val->getType()->getScalarType() &&
1910          "Step has wrong type");
1911   // Create the types.
1912   Type *ITy = Val->getType()->getScalarType();
1913   VectorType *Ty = cast<VectorType>(Val->getType());
1914   int VLen = Ty->getNumElements();
1915   SmallVector<Constant*, 8> Indices;
1916
1917   // Create a vector of consecutive numbers from zero to VF.
1918   for (int i = 0; i < VLen; ++i)
1919     Indices.push_back(ConstantInt::get(ITy, StartIdx + i));
1920
1921   // Add the consecutive indices to the vector value.
1922   Constant *Cv = ConstantVector::get(Indices);
1923   assert(Cv->getType() == Val->getType() && "Invalid consecutive vec");
1924   Step = Builder.CreateVectorSplat(VLen, Step);
1925   assert(Step->getType() == Val->getType() && "Invalid step vec");
1926   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
1927   // which can be found from the original scalar operations.
1928   Step = Builder.CreateMul(Cv, Step);
1929   return Builder.CreateAdd(Val, Step, "induction");
1930 }
1931
1932 int LoopVectorizationLegality::isConsecutivePtr(Value *Ptr) {
1933   assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected non-ptr");
1934   // Make sure that the pointer does not point to structs.
1935   if (Ptr->getType()->getPointerElementType()->isAggregateType())
1936     return 0;
1937
1938   // If this value is a pointer induction variable we know it is consecutive.
1939   PHINode *Phi = dyn_cast_or_null<PHINode>(Ptr);
1940   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1941     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1942     return II.getConsecutiveDirection();
1943   }
1944
1945   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast_or_null<GetElementPtrInst>(Ptr);
1946   if (!Gep)
1947     return 0;
1948
1949   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
1950   Value *GpPtr = Gep->getPointerOperand();
1951   // If this GEP value is a consecutive pointer induction variable and all of
1952   // the indices are constant then we know it is consecutive. We can
1953   Phi = dyn_cast<PHINode>(GpPtr);
1954   if (Phi && Inductions.count(Phi)) {
1955
1956     // Make sure that the pointer does not point to structs.
1957     PointerType *GepPtrType = cast<PointerType>(GpPtr->getType());
1958     if (GepPtrType->getElementType()->isAggregateType())
1959       return 0;
1960
1961     // Make sure that all of the index operands are loop invariant.
1962     for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i)
1963       if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1964         return 0;
1965
1966     InductionInfo II = Inductions[Phi];
1967     return II.getConsecutiveDirection();
1968   }
1969
1970   unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
1971
1972   // Check that all of the gep indices are uniform except for our induction
1973   // operand.
1974   for (unsigned i = 0; i != NumOperands; ++i)
1975     if (i != InductionOperand &&
1976         !SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getOperand(i)), TheLoop))
1977       return 0;
1978
1979   // We can emit wide load/stores only if the last non-zero index is the
1980   // induction variable.
1981   const SCEV *Last = nullptr;
1982   if (!Strides.count(Gep))
1983     Last = SE->getSCEV(Gep->getOperand(InductionOperand));
1984   else {
1985     // Because of the multiplication by a stride we can have a s/zext cast.
1986     // We are going to replace this stride by 1 so the cast is safe to ignore.
1987     //
1988     //  %indvars.iv = phi i64 [ 0, %entry ], [ %indvars.iv.next, %for.body ]
1989     //  %0 = trunc i64 %indvars.iv to i32
1990     //  %mul = mul i32 %0, %Stride1
1991     //  %idxprom = zext i32 %mul to i64  << Safe cast.
1992     //  %arrayidx = getelementptr inbounds i32* %B, i64 %idxprom
1993     //
1994     Last = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides,
1995                                      Gep->getOperand(InductionOperand), Gep);
1996     if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(Last))
1997       Last =
1998           (C->getSCEVType() == scSignExtend || C->getSCEVType() == scZeroExtend)
1999               ? C->getOperand()
2000               : Last;
2001   }
2002   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Last)) {
2003     const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(*SE);
2004
2005     // The memory is consecutive because the last index is consecutive
2006     // and all other indices are loop invariant.
2007     if (Step->isOne())
2008       return 1;
2009     if (Step->isAllOnesValue())
2010       return -1;
2011   }
2012
2013   return 0;
2014 }
2015
2016 bool LoopVectorizationLegality::isUniform(Value *V) {
2017   return LAI->isUniform(V);
2018 }
2019
2020 InnerLoopVectorizer::VectorParts&
2021 InnerLoopVectorizer::getVectorValue(Value *V) {
2022   assert(V != Induction && "The new induction variable should not be used.");
2023   assert(!V->getType()->isVectorTy() && "Can't widen a vector");
2024
2025   // If we have a stride that is replaced by one, do it here.
2026   if (Legal->hasStride(V))
2027     V = ConstantInt::get(V->getType(), 1);
2028
2029   // If we have this scalar in the map, return it.
2030   if (WidenMap.has(V))
2031     return WidenMap.get(V);
2032
2033   // If this scalar is unknown, assume that it is a constant or that it is
2034   // loop invariant. Broadcast V and save the value for future uses.
2035   Value *B = getBroadcastInstrs(V);
2036   return WidenMap.splat(V, B);
2037 }
2038
2039 Value *InnerLoopVectorizer::reverseVector(Value *Vec) {
2040   assert(Vec->getType()->isVectorTy() && "Invalid type");
2041   SmallVector<Constant*, 8> ShuffleMask;
2042   for (unsigned i = 0; i < VF; ++i)
2043     ShuffleMask.push_back(Builder.getInt32(VF - i - 1));
2044
2045   return Builder.CreateShuffleVector(Vec, UndefValue::get(Vec->getType()),
2046                                      ConstantVector::get(ShuffleMask),
2047                                      "reverse");
2048 }
2049
2050 // Get a mask to interleave \p NumVec vectors into a wide vector.
2051 // I.e.  <0, VF, VF*2, ..., VF*(NumVec-1), 1, VF+1, VF*2+1, ...>
2052 // E.g. For 2 interleaved vectors, if VF is 4, the mask is:
2053 //      <0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7>
2054 static Constant *getInterleavedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned VF,
2055                                     unsigned NumVec) {
2056   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2057   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2058     for (unsigned j = 0; j < NumVec; j++)
2059       Mask.push_back(Builder.getInt32(j * VF + i));
2060
2061   return ConstantVector::get(Mask);
2062 }
2063
2064 // Get the strided mask starting from index \p Start.
2065 // I.e.  <Start, Start + Stride, ..., Start + Stride*(VF-1)>
2066 static Constant *getStridedMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned Start,
2067                                 unsigned Stride, unsigned VF) {
2068   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2069   for (unsigned i = 0; i < VF; i++)
2070     Mask.push_back(Builder.getInt32(Start + i * Stride));
2071
2072   return ConstantVector::get(Mask);
2073 }
2074
2075 // Get a mask of two parts: The first part consists of sequential integers
2076 // starting from 0, The second part consists of UNDEFs.
2077 // I.e. <0, 1, 2, ..., NumInt - 1, undef, ..., undef>
2078 static Constant *getSequentialMask(IRBuilder<> &Builder, unsigned NumInt,
2079                                    unsigned NumUndef) {
2080   SmallVector<Constant *, 16> Mask;
2081   for (unsigned i = 0; i < NumInt; i++)
2082     Mask.push_back(Builder.getInt32(i));
2083
2084   Constant *Undef = UndefValue::get(Builder.getInt32Ty());
2085   for (unsigned i = 0; i < NumUndef; i++)
2086     Mask.push_back(Undef);
2087
2088   return ConstantVector::get(Mask);
2089 }
2090
2091 // Concatenate two vectors with the same element type. The 2nd vector should
2092 // not have more elements than the 1st vector. If the 2nd vector has less
2093 // elements, extend it with UNDEFs.
2094 static Value *ConcatenateTwoVectors(IRBuilder<> &Builder, Value *V1,
2095                                     Value *V2) {
2096   VectorType *VecTy1 = dyn_cast<VectorType>(V1->getType());
2097   VectorType *VecTy2 = dyn_cast<VectorType>(V2->getType());
2098   assert(VecTy1 && VecTy2 &&
2099          VecTy1->getScalarType() == VecTy2->getScalarType() &&
2100          "Expect two vectors with the same element type");
2101
2102   unsigned NumElts1 = VecTy1->getNumElements();
2103   unsigned NumElts2 = VecTy2->getNumElements();
2104   assert(NumElts1 >= NumElts2 && "Unexpect the first vector has less elements");
2105
2106   if (NumElts1 > NumElts2) {
2107     // Extend with UNDEFs.
2108     Constant *ExtMask =
2109         getSequentialMask(Builder, NumElts2, NumElts1 - NumElts2);
2110     V2 = Builder.CreateShuffleVector(V2, UndefValue::get(VecTy2), ExtMask);
2111   }
2112
2113   Constant *Mask = getSequentialMask(Builder, NumElts1 + NumElts2, 0);
2114   return Builder.CreateShuffleVector(V1, V2, Mask);
2115 }
2116
2117 // Concatenate vectors in the given list. All vectors have the same type.
2118 static Value *ConcatenateVectors(IRBuilder<> &Builder,
2119                                  ArrayRef<Value *> InputList) {
2120   unsigned NumVec = InputList.size();
2121   assert(NumVec > 1 && "Should be at least two vectors");
2122
2123   SmallVector<Value *, 8> ResList;
2124   ResList.append(InputList.begin(), InputList.end());
2125   do {
2126     SmallVector<Value *, 8> TmpList;
2127     for (unsigned i = 0; i < NumVec - 1; i += 2) {
2128       Value *V0 = ResList[i], *V1 = ResList[i + 1];
2129       assert((V0->getType() == V1->getType() || i == NumVec - 2) &&
2130              "Only the last vector may have a different type");
2131
2132       TmpList.push_back(ConcatenateTwoVectors(Builder, V0, V1));
2133     }
2134
2135     // Push the last vector if the total number of vectors is odd.
2136     if (NumVec % 2 != 0)
2137       TmpList.push_back(ResList[NumVec - 1]);
2138
2139     ResList = TmpList;
2140     NumVec = ResList.size();
2141   } while (NumVec > 1);
2142
2143   return ResList[0];
2144 }
2145
2146 // Try to vectorize the interleave group that \p Instr belongs to.
2147 //
2148 // E.g. Translate following interleaved load group (factor = 3):
2149 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2150 //     R = Pic[i];             // Member of index 0
2151 //     G = Pic[i+1];           // Member of index 1
2152 //     B = Pic[i+2];           // Member of index 2
2153 //     ... // do something to R, G, B
2154 //   }
2155 // To:
2156 //   %wide.vec = load <12 x i32>                       ; Read 4 tuples of R,G,B
2157 //   %R.vec = shuffle %wide.vec, undef, <0, 3, 6, 9>   ; R elements
2158 //   %G.vec = shuffle %wide.vec, undef, <1, 4, 7, 10>  ; G elements
2159 //   %B.vec = shuffle %wide.vec, undef, <2, 5, 8, 11>  ; B elements
2160 //
2161 // Or translate following interleaved store group (factor = 3):
2162 //   for (i = 0; i < N; i+=3) {
2163 //     ... do something to R, G, B
2164 //     Pic[i]   = R;           // Member of index 0
2165 //     Pic[i+1] = G;           // Member of index 1
2166 //     Pic[i+2] = B;           // Member of index 2
2167 //   }
2168 // To:
2169 //   %R_G.vec = shuffle %R.vec, %G.vec, <0, 1, 2, ..., 7>
2170 //   %B_U.vec = shuffle %B.vec, undef, <0, 1, 2, 3, u, u, u, u>
2171 //   %interleaved.vec = shuffle %R_G.vec, %B_U.vec,
2172 //        <0, 4, 8, 1, 5, 9, 2, 6, 10, 3, 7, 11>    ; Interleave R,G,B elements
2173 //   store <12 x i32> %interleaved.vec              ; Write 4 tuples of R,G,B
2174 void InnerLoopVectorizer::vectorizeInterleaveGroup(Instruction *Instr) {
2175   const InterleaveGroup *Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(Instr);
2176   assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
2177
2178   // Skip if current instruction is not the insert position.
2179   if (Instr != Group->getInsertPos())
2180     return;
2181
2182   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2183   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2184   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2185
2186   // Prepare for the vector type of the interleaved load/store.
2187   Type *ScalarTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2188   unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
2189   Type *VecTy = VectorType::get(ScalarTy, InterleaveFactor * VF);
2190   Type *PtrTy = VecTy->getPointerTo(Ptr->getType()->getPointerAddressSpace());
2191
2192   // Prepare for the new pointers.
2193   setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2194   VectorParts &PtrParts = getVectorValue(Ptr);
2195   SmallVector<Value *, 2> NewPtrs;
2196   unsigned Index = Group->getIndex(Instr);
2197   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2198     // Extract the pointer for current instruction from the pointer vector. A
2199     // reverse access uses the pointer in the last lane.
2200     Value *NewPtr = Builder.CreateExtractElement(
2201         PtrParts[Part],
2202         Group->isReverse() ? Builder.getInt32(VF - 1) : Builder.getInt32(0));
2203
2204     // Notice current instruction could be any index. Need to adjust the address
2205     // to the member of index 0.
2206     //
2207     // E.g.  a = A[i+1];     // Member of index 1 (Current instruction)
2208     //       b = A[i];       // Member of index 0
2209     // Current pointer is pointed to A[i+1], adjust it to A[i].
2210     //
2211     // E.g.  A[i+1] = a;     // Member of index 1
2212     //       A[i]   = b;     // Member of index 0
2213     //       A[i+2] = c;     // Member of index 2 (Current instruction)
2214     // Current pointer is pointed to A[i+2], adjust it to A[i].
2215     NewPtr = Builder.CreateGEP(NewPtr, Builder.getInt32(-Index));
2216
2217     // Cast to the vector pointer type.
2218     NewPtrs.push_back(Builder.CreateBitCast(NewPtr, PtrTy));
2219   }
2220
2221   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2222   Value *UndefVec = UndefValue::get(VecTy);
2223
2224   // Vectorize the interleaved load group.
2225   if (LI) {
2226     for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2227       Instruction *NewLoadInstr = Builder.CreateAlignedLoad(
2228           NewPtrs[Part], Group->getAlignment(), "wide.vec");
2229
2230       for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2231         Instruction *Member = Group->getMember(i);
2232
2233         // Skip the gaps in the group.
2234         if (!Member)
2235           continue;
2236
2237         Constant *StrideMask = getStridedMask(Builder, i, InterleaveFactor, VF);
2238         Value *StridedVec = Builder.CreateShuffleVector(
2239             NewLoadInstr, UndefVec, StrideMask, "strided.vec");
2240
2241         // If this member has different type, cast the result type.
2242         if (Member->getType() != ScalarTy) {
2243           VectorType *OtherVTy = VectorType::get(Member->getType(), VF);
2244           StridedVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StridedVec, OtherVTy);
2245         }
2246
2247         VectorParts &Entry = WidenMap.get(Member);
2248         Entry[Part] =
2249             Group->isReverse() ? reverseVector(StridedVec) : StridedVec;
2250       }
2251
2252       propagateMetadata(NewLoadInstr, Instr);
2253     }
2254     return;
2255   }
2256
2257   // The sub vector type for current instruction.
2258   VectorType *SubVT = VectorType::get(ScalarTy, VF);
2259
2260   // Vectorize the interleaved store group.
2261   for (unsigned Part = 0; Part < UF; Part++) {
2262     // Collect the stored vector from each member.
2263     SmallVector<Value *, 4> StoredVecs;
2264     for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++) {
2265       // Interleaved store group doesn't allow a gap, so each index has a member
2266       Instruction *Member = Group->getMember(i);
2267       assert(Member && "Fail to get a member from an interleaved store group");
2268
2269       Value *StoredVec =
2270           getVectorValue(dyn_cast<StoreInst>(Member)->getValueOperand())[Part];
2271       if (Group->isReverse())
2272         StoredVec = reverseVector(StoredVec);
2273
2274       // If this member has different type, cast it to an unified type.
2275       if (StoredVec->getType() != SubVT)
2276         StoredVec = Builder.CreateBitOrPointerCast(StoredVec, SubVT);
2277
2278       StoredVecs.push_back(StoredVec);
2279     }
2280
2281     // Concatenate all vectors into a wide vector.
2282     Value *WideVec = ConcatenateVectors(Builder, StoredVecs);
2283
2284     // Interleave the elements in the wide vector.
2285     Constant *IMask = getInterleavedMask(Builder, VF, InterleaveFactor);
2286     Value *IVec = Builder.CreateShuffleVector(WideVec, UndefVec, IMask,
2287                                               "interleaved.vec");
2288
2289     Instruction *NewStoreInstr =
2290         Builder.CreateAlignedStore(IVec, NewPtrs[Part], Group->getAlignment());
2291     propagateMetadata(NewStoreInstr, Instr);
2292   }
2293 }
2294
2295 void InnerLoopVectorizer::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
2296   // Attempt to issue a wide load.
2297   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Instr);
2298   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
2299
2300   assert((LI || SI) && "Invalid Load/Store instruction");
2301
2302   // Try to vectorize the interleave group if this access is interleaved.
2303   if (Legal->isAccessInterleaved(Instr))
2304     return vectorizeInterleaveGroup(Instr);
2305
2306   Type *ScalarDataTy = LI ? LI->getType() : SI->getValueOperand()->getType();
2307   Type *DataTy = VectorType::get(ScalarDataTy, VF);
2308   Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
2309   unsigned Alignment = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
2310   // An alignment of 0 means target abi alignment. We need to use the scalar's
2311   // target abi alignment in such a case.
2312   const DataLayout &DL = Instr->getModule()->getDataLayout();
2313   if (!Alignment)
2314     Alignment = DL.getABITypeAlignment(ScalarDataTy);
2315   unsigned AddressSpace = Ptr->getType()->getPointerAddressSpace();
2316   unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ScalarDataTy);
2317   unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(DataTy) / VF;
2318
2319   if (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()) &&
2320       !Legal->isMaskRequired(SI))
2321     return scalarizeInstruction(Instr, true);
2322
2323   if (ScalarAllocatedSize != VectorElementSize)
2324     return scalarizeInstruction(Instr);
2325
2326   // If the pointer is loop invariant or if it is non-consecutive,
2327   // scalarize the load.
2328   int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
2329   bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
2330   bool UniformLoad = LI && Legal->isUniform(Ptr);
2331   if (!ConsecutiveStride || UniformLoad)
2332     return scalarizeInstruction(Instr);
2333
2334   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
2335   VectorParts &Entry = WidenMap.get(Instr);
2336
2337   // Handle consecutive loads/stores.
2338   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
2339   if (Gep && Legal->isInductionVariable(Gep->getPointerOperand())) {
2340     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2341     Value *PtrOperand = Gep->getPointerOperand();
2342     Value *FirstBasePtr = getVectorValue(PtrOperand)[0];
2343     FirstBasePtr = Builder.CreateExtractElement(FirstBasePtr, Zero);
2344
2345     // Create the new GEP with the new induction variable.
2346     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2347     Gep2->setOperand(0, FirstBasePtr);
2348     Gep2->setName("gep.indvar.base");
2349     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2350   } else if (Gep) {
2351     setDebugLocFromInst(Builder, Gep);
2352     assert(SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Gep->getPointerOperand()),
2353                                OrigLoop) && "Base ptr must be invariant");
2354
2355     // The last index does not have to be the induction. It can be
2356     // consecutive and be a function of the index. For example A[I+1];
2357     unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
2358     unsigned InductionOperand = getGEPInductionOperand(Gep);
2359     // Create the new GEP with the new induction variable.
2360     GetElementPtrInst *Gep2 = cast<GetElementPtrInst>(Gep->clone());
2361
2362     for (unsigned i = 0; i < NumOperands; ++i) {
2363       Value *GepOperand = Gep->getOperand(i);
2364       Instruction *GepOperandInst = dyn_cast<Instruction>(GepOperand);
2365
2366       // Update last index or loop invariant instruction anchored in loop.
2367       if (i == InductionOperand ||
2368           (GepOperandInst && OrigLoop->contains(GepOperandInst))) {
2369         assert((i == InductionOperand ||
2370                SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(GepOperandInst), OrigLoop)) &&
2371                "Must be last index or loop invariant");
2372
2373         VectorParts &GEPParts = getVectorValue(GepOperand);
2374         Value *Index = GEPParts[0];
2375         Index = Builder.CreateExtractElement(Index, Zero);
2376         Gep2->setOperand(i, Index);
2377         Gep2->setName("gep.indvar.idx");
2378       }
2379     }
2380     Ptr = Builder.Insert(Gep2);
2381   } else {
2382     // Use the induction element ptr.
2383     assert(isa<PHINode>(Ptr) && "Invalid induction ptr");
2384     setDebugLocFromInst(Builder, Ptr);
2385     VectorParts &PtrVal = getVectorValue(Ptr);
2386     Ptr = Builder.CreateExtractElement(PtrVal[0], Zero);
2387   }
2388
2389   VectorParts Mask = createBlockInMask(Instr->getParent());
2390   // Handle Stores:
2391   if (SI) {
2392     assert(!Legal->isUniform(SI->getPointerOperand()) &&
2393            "We do not allow storing to uniform addresses");
2394     setDebugLocFromInst(Builder, SI);
2395     // We don't want to update the value in the map as it might be used in
2396     // another expression. So don't use a reference type for "StoredVal".
2397     VectorParts StoredVal = getVectorValue(SI->getValueOperand());
2398     
2399     for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2400       // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2401       Value *PartPtr =
2402           Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2403
2404       if (Reverse) {
2405         // If we store to reverse consecutive memory locations, then we need
2406         // to reverse the order of elements in the stored value.
2407         StoredVal[Part] = reverseVector(StoredVal[Part]);
2408         // If the address is consecutive but reversed, then the
2409         // wide store needs to start at the last vector element.
2410         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2411         PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2412         Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2413       }
2414
2415       Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2416                                             DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2417
2418       Instruction *NewSI;
2419       if (Legal->isMaskRequired(SI))
2420         NewSI = Builder.CreateMaskedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment,
2421                                           Mask[Part]);
2422       else 
2423         NewSI = Builder.CreateAlignedStore(StoredVal[Part], VecPtr, Alignment);
2424       propagateMetadata(NewSI, SI);
2425     }
2426     return;
2427   }
2428
2429   // Handle loads.
2430   assert(LI && "Must have a load instruction");
2431   setDebugLocFromInst(Builder, LI);
2432   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2433     // Calculate the pointer for the specific unroll-part.
2434     Value *PartPtr =
2435         Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(Part * VF));
2436
2437     if (Reverse) {
2438       // If the address is consecutive but reversed, then the
2439       // wide load needs to start at the last vector element.
2440       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, Ptr, Builder.getInt32(-Part * VF));
2441       PartPtr = Builder.CreateGEP(nullptr, PartPtr, Builder.getInt32(1 - VF));
2442       Mask[Part] = reverseVector(Mask[Part]);
2443     }
2444
2445     Instruction* NewLI;
2446     Value *VecPtr = Builder.CreateBitCast(PartPtr,
2447                                           DataTy->getPointerTo(AddressSpace));
2448     if (Legal->isMaskRequired(LI))
2449       NewLI = Builder.CreateMaskedLoad(VecPtr, Alignment, Mask[Part],
2450                                        UndefValue::get(DataTy),
2451                                        "wide.masked.load");
2452     else
2453       NewLI = Builder.CreateAlignedLoad(VecPtr, Alignment, "wide.load");
2454     propagateMetadata(NewLI, LI);
2455     Entry[Part] = Reverse ? reverseVector(NewLI) :  NewLI;
2456   }
2457 }
2458
2459 void InnerLoopVectorizer::scalarizeInstruction(Instruction *Instr, bool IfPredicateStore) {
2460   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
2461   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
2462   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
2463
2464   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
2465
2466   // Find all of the vectorized parameters.
2467   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2468     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
2469
2470     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
2471     if (SrcOp == OldInduction) {
2472       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
2473       continue;
2474     }
2475
2476     // Try using previously calculated values.
2477     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
2478
2479     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block,
2480     // then it should already be vectorized.
2481     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
2482       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
2483       // The parameter is a vector value from earlier.
2484       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
2485     } else {
2486       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
2487       VectorParts Scalars;
2488       Scalars.append(UF, SrcOp);
2489       Params.push_back(Scalars);
2490     }
2491   }
2492
2493   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
2494          "Invalid number of operands");
2495
2496   // Does this instruction return a value ?
2497   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
2498
2499   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
2500     UndefValue::get(VectorType::get(Instr->getType(), VF));
2501   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
2502   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
2503
2504   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
2505   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
2506   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
2507
2508   VectorParts Cond;
2509   Loop *VectorLp = nullptr;
2510   if (IfPredicateStore) {
2511     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
2512            "Only support single predecessor blocks");
2513     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
2514                           Instr->getParent());
2515     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
2516     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
2517   }
2518
2519   // For each vector unroll 'part':
2520   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
2521     // For each scalar that we create:
2522     for (unsigned Width = 0; Width < VF; ++Width) {
2523
2524       // Start if-block.
2525       Value *Cmp = nullptr;
2526       if (IfPredicateStore) {
2527         Cmp = Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(Width));
2528         Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cmp, ConstantInt::get(Cmp->getType(), 1));
2529         CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
2530         LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
2531         VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
2532         // Update Builder with newly created basic block.
2533         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2534       }
2535
2536       Instruction *Cloned = Instr->clone();
2537       if (!IsVoidRetTy)
2538         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
2539       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
2540       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
2541         Value *Op = Params[op][Part];
2542         // Param is a vector. Need to extract the right lane.
2543         if (Op->getType()->isVectorTy())
2544           Op = Builder.CreateExtractElement(Op, Builder.getInt32(Width));
2545         Cloned->setOperand(op, Op);
2546       }
2547
2548       // Place the cloned scalar in the new loop.
2549       Builder.Insert(Cloned);
2550
2551       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
2552       // so that future users will be able to use it.
2553       if (!IsVoidRetTy)
2554         VecResults[Part] = Builder.CreateInsertElement(VecResults[Part], Cloned,
2555                                                        Builder.getInt32(Width));
2556       // End if-block.
2557       if (IfPredicateStore) {
2558          BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
2559          LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
2560          VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
2561          Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
2562          ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
2563                              BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
2564          IfBlock = NewIfBlock;
2565       }
2566     }
2567   }
2568 }
2569
2570 static Instruction *getFirstInst(Instruction *FirstInst, Value *V,
2571                                  Instruction *Loc) {
2572   if (FirstInst)
2573     return FirstInst;
2574   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2575     return I->getParent() == Loc->getParent() ? I : nullptr;
2576   return nullptr;
2577 }
2578
2579 std::pair<Instruction *, Instruction *>
2580 InnerLoopVectorizer::addStrideCheck(Instruction *Loc) {
2581   Instruction *tnullptr = nullptr;
2582   if (!Legal->mustCheckStrides())
2583     return std::pair<Instruction *, Instruction *>(tnullptr, tnullptr);
2584
2585   IRBuilder<> ChkBuilder(Loc);
2586
2587   // Emit checks.
2588   Value *Check = nullptr;
2589   Instruction *FirstInst = nullptr;
2590   for (SmallPtrSet<Value *, 8>::iterator SI = Legal->strides_begin(),
2591                                          SE = Legal->strides_end();
2592        SI != SE; ++SI) {
2593     Value *Ptr = stripIntegerCast(*SI);
2594     Value *C = ChkBuilder.CreateICmpNE(Ptr, ConstantInt::get(Ptr->getType(), 1),
2595                                        "stride.chk");
2596     // Store the first instruction we create.
2597     FirstInst = getFirstInst(FirstInst, C, Loc);
2598     if (Check)
2599       Check = ChkBuilder.CreateOr(Check, C);
2600     else
2601       Check = C;
2602   }
2603
2604   // We have to do this trickery because the IRBuilder might fold the check to a
2605   // constant expression in which case there is no Instruction anchored in a
2606   // the block.
2607   LLVMContext &Ctx = Loc->getContext();
2608   Instruction *TheCheck =
2609       BinaryOperator::CreateAnd(Check, ConstantInt::getTrue(Ctx));
2610   ChkBuilder.Insert(TheCheck, "stride.not.one");
2611   FirstInst = getFirstInst(FirstInst, TheCheck, Loc);
2612
2613   return std::make_pair(FirstInst, TheCheck);
2614 }
2615
2616 void InnerLoopVectorizer::createEmptyLoop() {
2617   /*
2618    In this function we generate a new loop. The new loop will contain
2619    the vectorized instructions while the old loop will continue to run the
2620    scalar remainder.
2621
2622        [ ] <-- Back-edge taken count overflow check.
2623     /   |
2624    /    v
2625   |    [ ] <-- vector loop bypass (may consist of multiple blocks).
2626   |  /  |
2627   | /   v
2628   ||   [ ]     <-- vector pre header.
2629   ||    |
2630   ||    v
2631   ||   [  ] \
2632   ||   [  ]_|   <-- vector loop.
2633   ||    |
2634   | \   v
2635   |   >[ ]   <--- middle-block.
2636   |  /  |
2637   | /   v
2638   -|- >[ ]     <--- new preheader.
2639    |    |
2640    |    v
2641    |   [ ] \
2642    |   [ ]_|   <-- old scalar loop to handle remainder.
2643     \   |
2644      \  v
2645       >[ ]     <-- exit block.
2646    ...
2647    */
2648
2649   BasicBlock *OldBasicBlock = OrigLoop->getHeader();
2650   BasicBlock *VectorPH = OrigLoop->getLoopPreheader();
2651   BasicBlock *ExitBlock = OrigLoop->getExitBlock();
2652   assert(VectorPH && "Invalid loop structure");
2653   assert(ExitBlock && "Must have an exit block");
2654
2655   // Some loops have a single integer induction variable, while other loops
2656   // don't. One example is c++ iterators that often have multiple pointer
2657   // induction variables. In the code below we also support a case where we
2658   // don't have a single induction variable.
2659   OldInduction = Legal->getInduction();
2660   Type *IdxTy = Legal->getWidestInductionType();
2661
2662   // Find the loop boundaries.
2663   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(OrigLoop);
2664   assert(ExitCount != SE->getCouldNotCompute() && "Invalid loop count");
2665
2666   // The exit count might have the type of i64 while the phi is i32. This can
2667   // happen if we have an induction variable that is sign extended before the
2668   // compare. The only way that we get a backedge taken count is that the
2669   // induction variable was signed and as such will not overflow. In such a case
2670   // truncation is legal.
2671   if (ExitCount->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2672       IdxTy->getPrimitiveSizeInBits())
2673     ExitCount = SE->getTruncateOrNoop(ExitCount, IdxTy);
2674
2675   const SCEV *BackedgeTakeCount = SE->getNoopOrZeroExtend(ExitCount, IdxTy);
2676   // Get the total trip count from the count by adding 1.
2677   ExitCount = SE->getAddExpr(BackedgeTakeCount,
2678                              SE->getConstant(BackedgeTakeCount->getType(), 1));
2679
2680   const DataLayout &DL = OldBasicBlock->getModule()->getDataLayout();
2681
2682   // Expand the trip count and place the new instructions in the preheader.
2683   // Notice that the pre-header does not change, only the loop body.
2684   SCEVExpander Exp(*SE, DL, "induction");
2685
2686   // We need to test whether the backedge-taken count is uint##_max. Adding one
2687   // to it will cause overflow and an incorrect loop trip count in the vector
2688   // body. In case of overflow we want to directly jump to the scalar remainder
2689   // loop.
2690   Value *BackedgeCount =
2691       Exp.expandCodeFor(BackedgeTakeCount, BackedgeTakeCount->getType(),
2692                         VectorPH->getTerminator());
2693   if (BackedgeCount->getType()->isPointerTy())
2694     BackedgeCount = CastInst::CreatePointerCast(BackedgeCount, IdxTy,
2695                                                 "backedge.ptrcnt.to.int",
2696                                                 VectorPH->getTerminator());
2697   Instruction *CheckBCOverflow =
2698       CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, BackedgeCount,
2699                       Constant::getAllOnesValue(BackedgeCount->getType()),
2700                       "backedge.overflow", VectorPH->getTerminator());
2701
2702   // The loop index does not have to start at Zero. Find the original start
2703   // value from the induction PHI node. If we don't have an induction variable
2704   // then we know that it starts at zero.
2705   Builder.SetInsertPoint(VectorPH->getTerminator());
2706   Value *StartIdx = ExtendedIdx =
2707       OldInduction
2708           ? Builder.CreateZExt(OldInduction->getIncomingValueForBlock(VectorPH),
2709                                IdxTy)
2710           : ConstantInt::get(IdxTy, 0);
2711
2712   // Count holds the overall loop count (N).
2713   Value *Count = Exp.expandCodeFor(ExitCount, ExitCount->getType(),
2714                                    VectorPH->getTerminator());
2715
2716   LoopBypassBlocks.push_back(VectorPH);
2717
2718   // Split the single block loop into the two loop structure described above.
2719   BasicBlock *VecBody =
2720       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.body");
2721   BasicBlock *MiddleBlock =
2722   VecBody->splitBasicBlock(VecBody->getTerminator(), "middle.block");
2723   BasicBlock *ScalarPH =
2724   MiddleBlock->splitBasicBlock(MiddleBlock->getTerminator(), "scalar.ph");
2725
2726   // Create and register the new vector loop.
2727   Loop* Lp = new Loop();
2728   Loop *ParentLoop = OrigLoop->getParentLoop();
2729
2730   // Insert the new loop into the loop nest and register the new basic blocks
2731   // before calling any utilities such as SCEV that require valid LoopInfo.
2732   if (ParentLoop) {
2733     ParentLoop->addChildLoop(Lp);
2734     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(ScalarPH, *LI);
2735     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(MiddleBlock, *LI);
2736   } else {
2737     LI->addTopLevelLoop(Lp);
2738   }
2739   Lp->addBasicBlockToLoop(VecBody, *LI);
2740
2741   // Use this IR builder to create the loop instructions (Phi, Br, Cmp)
2742   // inside the loop.
2743   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstNonPHI());
2744
2745   // Generate the induction variable.
2746   setDebugLocFromInst(Builder, getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2747   Induction = Builder.CreatePHI(IdxTy, 2, "index");
2748   // The loop step is equal to the vectorization factor (num of SIMD elements)
2749   // times the unroll factor (num of SIMD instructions).
2750   Constant *Step = ConstantInt::get(IdxTy, VF * UF);
2751
2752   // Generate code to check that the loop's trip count that we computed by
2753   // adding one to the backedge-taken count will not overflow.
2754   BasicBlock *NewVectorPH =
2755       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "overflow.checked");
2756   if (ParentLoop)
2757     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewVectorPH, *LI);
2758   ReplaceInstWithInst(
2759       VectorPH->getTerminator(),
2760       BranchInst::Create(ScalarPH, NewVectorPH, CheckBCOverflow));
2761   VectorPH = NewVectorPH;
2762
2763   // This is the IR builder that we use to add all of the logic for bypassing
2764   // the new vector loop.
2765   IRBuilder<> BypassBuilder(VectorPH->getTerminator());
2766   setDebugLocFromInst(BypassBuilder,
2767                       getDebugLocFromInstOrOperands(OldInduction));
2768
2769   // We may need to extend the index in case there is a type mismatch.
2770   // We know that the count starts at zero and does not overflow.
2771   if (Count->getType() != IdxTy) {
2772     // The exit count can be of pointer type. Convert it to the correct
2773     // integer type.
2774     if (ExitCount->getType()->isPointerTy())
2775       Count = BypassBuilder.CreatePointerCast(Count, IdxTy, "ptrcnt.to.int");
2776     else
2777       Count = BypassBuilder.CreateZExtOrTrunc(Count, IdxTy, "cnt.cast");
2778   }
2779
2780   // Add the start index to the loop count to get the new end index.
2781   Value *IdxEnd = BypassBuilder.CreateAdd(Count, StartIdx, "end.idx");
2782
2783   // Now we need to generate the expression for N - (N % VF), which is
2784   // the part that the vectorized body will execute.
2785   Value *R = BypassBuilder.CreateURem(Count, Step, "n.mod.vf");
2786   Value *CountRoundDown = BypassBuilder.CreateSub(Count, R, "n.vec");
2787   Value *IdxEndRoundDown = BypassBuilder.CreateAdd(CountRoundDown, StartIdx,
2788                                                      "end.idx.rnd.down");
2789
2790   // Now, compare the new count to zero. If it is zero skip the vector loop and
2791   // jump to the scalar loop.
2792   Value *Cmp =
2793       BypassBuilder.CreateICmpEQ(IdxEndRoundDown, StartIdx, "cmp.zero");
2794   NewVectorPH =
2795       VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.ph");
2796   if (ParentLoop)
2797     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewVectorPH, *LI);
2798   LoopBypassBlocks.push_back(VectorPH);
2799   ReplaceInstWithInst(VectorPH->getTerminator(),
2800                       BranchInst::Create(MiddleBlock, NewVectorPH, Cmp));
2801   VectorPH = NewVectorPH;
2802
2803   // Generate the code to check that the strides we assumed to be one are really
2804   // one. We want the new basic block to start at the first instruction in a
2805   // sequence of instructions that form a check.
2806   Instruction *StrideCheck;
2807   Instruction *FirstCheckInst;
2808   std::tie(FirstCheckInst, StrideCheck) =
2809       addStrideCheck(VectorPH->getTerminator());
2810   if (StrideCheck) {
2811     AddedSafetyChecks = true;
2812     // Create a new block containing the stride check.
2813     VectorPH->setName("vector.stridecheck");
2814     NewVectorPH =
2815         VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.ph");
2816     if (ParentLoop)
2817       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewVectorPH, *LI);
2818     LoopBypassBlocks.push_back(VectorPH);
2819
2820     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2821     // for the "few elements case".
2822     ReplaceInstWithInst(
2823         VectorPH->getTerminator(),
2824         BranchInst::Create(MiddleBlock, NewVectorPH, StrideCheck));
2825
2826     VectorPH = NewVectorPH;
2827   }
2828
2829   // Generate the code that checks in runtime if arrays overlap. We put the
2830   // checks into a separate block to make the more common case of few elements
2831   // faster.
2832   Instruction *MemRuntimeCheck;
2833   std::tie(FirstCheckInst, MemRuntimeCheck) =
2834       Legal->getLAI()->addRuntimeChecks(VectorPH->getTerminator());
2835   if (MemRuntimeCheck) {
2836     AddedSafetyChecks = true;
2837     // Create a new block containing the memory check.
2838     VectorPH->setName("vector.memcheck");
2839     NewVectorPH =
2840         VectorPH->splitBasicBlock(VectorPH->getTerminator(), "vector.ph");
2841     if (ParentLoop)
2842       ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewVectorPH, *LI);
2843     LoopBypassBlocks.push_back(VectorPH);
2844
2845     // Replace the branch into the memory check block with a conditional branch
2846     // for the "few elements case".
2847     ReplaceInstWithInst(
2848         VectorPH->getTerminator(),
2849         BranchInst::Create(MiddleBlock, NewVectorPH, MemRuntimeCheck));
2850
2851     VectorPH = NewVectorPH;
2852   }
2853
2854   // We are going to resume the execution of the scalar loop.
2855   // Go over all of the induction variables that we found and fix the
2856   // PHIs that are left in the scalar version of the loop.
2857   // The starting values of PHI nodes depend on the counter of the last
2858   // iteration in the vectorized loop.
2859   // If we come from a bypass edge then we need to start from the original
2860   // start value.
2861
2862   // This variable saves the new starting index for the scalar loop.
2863   PHINode *ResumeIndex = nullptr;
2864   LoopVectorizationLegality::InductionList::iterator I, E;
2865   LoopVectorizationLegality::InductionList *List = Legal->getInductionVars();
2866   // Set builder to point to last bypass block.
2867   BypassBuilder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks.back()->getTerminator());
2868   for (I = List->begin(), E = List->end(); I != E; ++I) {
2869     PHINode *OrigPhi = I->first;
2870     LoopVectorizationLegality::InductionInfo II = I->second;
2871
2872     Type *ResumeValTy = (OrigPhi == OldInduction) ? IdxTy : OrigPhi->getType();
2873     PHINode *ResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 2, "resume.val",
2874                                          MiddleBlock->getTerminator());
2875     // We might have extended the type of the induction variable but we need a
2876     // truncated version for the scalar loop.
2877     PHINode *TruncResumeVal = (OrigPhi == OldInduction) ?
2878       PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "trunc.resume.val",
2879                       MiddleBlock->getTerminator()) : nullptr;
2880
2881     // Create phi nodes to merge from the  backedge-taken check block.
2882     PHINode *BCResumeVal = PHINode::Create(ResumeValTy, 3, "bc.resume.val",
2883                                            ScalarPH->getTerminator());
2884     BCResumeVal->addIncoming(ResumeVal, MiddleBlock);
2885
2886     PHINode *BCTruncResumeVal = nullptr;
2887     if (OrigPhi == OldInduction) {
2888       BCTruncResumeVal =
2889           PHINode::Create(OrigPhi->getType(), 2, "bc.trunc.resume.val",
2890                           ScalarPH->getTerminator());
2891       BCTruncResumeVal->addIncoming(TruncResumeVal, MiddleBlock);
2892     }
2893
2894     Value *EndValue = nullptr;
2895     switch (II.IK) {
2896     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
2897       llvm_unreachable("Unknown induction");
2898     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
2899       // Handle the integer induction counter.
2900       assert(OrigPhi->getType()->isIntegerTy() && "Invalid type");
2901
2902       // We have the canonical induction variable.
2903       if (OrigPhi == OldInduction) {
2904         // Create a truncated version of the resume value for the scalar loop,
2905         // we might have promoted the type to a larger width.
2906         EndValue =
2907           BypassBuilder.CreateTrunc(IdxEndRoundDown, OrigPhi->getType());
2908         // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2909         // or the value at the end of the vectorized loop.
2910         for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2911           TruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2912         TruncResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2913
2914         BCTruncResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2915
2916         // We know what the end value is.
2917         EndValue = IdxEndRoundDown;
2918         // We also know which PHI node holds it.
2919         ResumeIndex = ResumeVal;
2920         break;
2921       }
2922
2923       // Not the canonical induction variable - add the vector loop count to the
2924       // start value.
2925       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2926                                                    II.StartValue->getType(),
2927                                                    "cast.crd");
2928       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2929       EndValue->setName("ind.end");
2930       break;
2931     }
2932     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction: {
2933       Value *CRD = BypassBuilder.CreateSExtOrTrunc(CountRoundDown,
2934                                                    II.StepValue->getType(),
2935                                                    "cast.crd");
2936       EndValue = II.transform(BypassBuilder, CRD);
2937       EndValue->setName("ptr.ind.end");
2938       break;
2939     }
2940     }// end of case
2941
2942     // The new PHI merges the original incoming value, in case of a bypass,
2943     // or the value at the end of the vectorized loop.
2944     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I) {
2945       if (OrigPhi == OldInduction)
2946         ResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2947       else
2948         ResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[I]);
2949     }
2950     ResumeVal->addIncoming(EndValue, VecBody);
2951
2952     // Fix the scalar body counter (PHI node).
2953     unsigned BlockIdx = OrigPhi->getBasicBlockIndex(ScalarPH);
2954
2955     // The old induction's phi node in the scalar body needs the truncated
2956     // value.
2957     if (OrigPhi == OldInduction) {
2958       BCResumeVal->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[0]);
2959       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCTruncResumeVal);
2960     } else {
2961       BCResumeVal->addIncoming(II.StartValue, LoopBypassBlocks[0]);
2962       OrigPhi->setIncomingValue(BlockIdx, BCResumeVal);
2963     }
2964   }
2965
2966   // If we are generating a new induction variable then we also need to
2967   // generate the code that calculates the exit value. This value is not
2968   // simply the end of the counter because we may skip the vectorized body
2969   // in case of a runtime check.
2970   if (!OldInduction){
2971     assert(!ResumeIndex && "Unexpected resume value found");
2972     ResumeIndex = PHINode::Create(IdxTy, 2, "new.indc.resume.val",
2973                                   MiddleBlock->getTerminator());
2974     for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
2975       ResumeIndex->addIncoming(StartIdx, LoopBypassBlocks[I]);
2976     ResumeIndex->addIncoming(IdxEndRoundDown, VecBody);
2977   }
2978
2979   // Make sure that we found the index where scalar loop needs to continue.
2980   assert(ResumeIndex && ResumeIndex->getType()->isIntegerTy() &&
2981          "Invalid resume Index");
2982
2983   // Add a check in the middle block to see if we have completed
2984   // all of the iterations in the first vector loop.
2985   // If (N - N%VF) == N, then we *don't* need to run the remainder.
2986   Value *CmpN = CmpInst::Create(Instruction::ICmp, CmpInst::ICMP_EQ, IdxEnd,
2987                                 ResumeIndex, "cmp.n",
2988                                 MiddleBlock->getTerminator());
2989   ReplaceInstWithInst(MiddleBlock->getTerminator(),
2990                       BranchInst::Create(ExitBlock, ScalarPH, CmpN));
2991
2992   // Create i+1 and fill the PHINode.
2993   Value *NextIdx = Builder.CreateAdd(Induction, Step, "index.next");
2994   Induction->addIncoming(StartIdx, VectorPH);
2995   Induction->addIncoming(NextIdx, VecBody);
2996   // Create the compare.
2997   Value *ICmp = Builder.CreateICmpEQ(NextIdx, IdxEndRoundDown);
2998   Builder.CreateCondBr(ICmp, MiddleBlock, VecBody);
2999
3000   // Now we have two terminators. Remove the old one from the block.
3001   VecBody->getTerminator()->eraseFromParent();
3002
3003   // Get ready to start creating new instructions into the vectorized body.
3004   Builder.SetInsertPoint(VecBody->getFirstInsertionPt());
3005
3006   // Save the state.
3007   LoopVectorPreHeader = VectorPH;
3008   LoopScalarPreHeader = ScalarPH;
3009   LoopMiddleBlock = MiddleBlock;
3010   LoopExitBlock = ExitBlock;
3011   LoopVectorBody.push_back(VecBody);
3012   LoopScalarBody = OldBasicBlock;
3013
3014   LoopVectorizeHints Hints(Lp, true);
3015   Hints.setAlreadyVectorized();
3016 }
3017
3018 namespace {
3019 struct CSEDenseMapInfo {
3020   static bool canHandle(Instruction *I) {
3021     return isa<InsertElementInst>(I) || isa<ExtractElementInst>(I) ||
3022            isa<ShuffleVectorInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I);
3023   }
3024   static inline Instruction *getEmptyKey() {
3025     return DenseMapInfo<Instruction *>::getEmptyKey();
3026   }
3027   static inline Instruction *getTombstoneKey() {
3028     return DenseMapInfo<Instruction *>::getTombstoneKey();
3029   }
3030   static unsigned getHashValue(Instruction *I) {
3031     assert(canHandle(I) && "Unknown instruction!");
3032     return hash_combine(I->getOpcode(), hash_combine_range(I->value_op_begin(),
3033                                                            I->value_op_end()));
3034   }
3035   static bool isEqual(Instruction *LHS, Instruction *RHS) {
3036     if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey() ||
3037         LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
3038       return LHS == RHS;
3039     return LHS->isIdenticalTo(RHS);
3040   }
3041 };
3042 }
3043
3044 /// \brief Check whether this block is a predicated block.
3045 /// Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred) a[i]
3046 /// = ...;  " blocks. We start with one vectorized basic block. For every
3047 /// conditional block we split this vectorized block. Therefore, every second
3048 /// block will be a predicated one.
3049 static bool isPredicatedBlock(unsigned BlockNum) {
3050   return BlockNum % 2;
3051 }
3052
3053 ///\brief Perform cse of induction variable instructions.
3054 static void cse(SmallVector<BasicBlock *, 4> &BBs) {
3055   // Perform simple cse.
3056   SmallDenseMap<Instruction *, Instruction *, 4, CSEDenseMapInfo> CSEMap;
3057   for (unsigned i = 0, e = BBs.size(); i != e; ++i) {
3058     BasicBlock *BB = BBs[i];
3059     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
3060       Instruction *In = I++;
3061
3062       if (!CSEDenseMapInfo::canHandle(In))
3063         continue;
3064
3065       // Check if we can replace this instruction with any of the
3066       // visited instructions.
3067       if (Instruction *V = CSEMap.lookup(In)) {
3068         In->replaceAllUsesWith(V);
3069         In->eraseFromParent();
3070         continue;
3071       }
3072       // Ignore instructions in conditional blocks. We create "if (pred) a[i] =
3073       // ...;" blocks for predicated stores. Every second block is a predicated
3074       // block.
3075       if (isPredicatedBlock(i))
3076         continue;
3077
3078       CSEMap[In] = In;
3079     }
3080   }
3081 }
3082
3083 /// \brief Adds a 'fast' flag to floating point operations.
3084 static Value *addFastMathFlag(Value *V) {
3085   if (isa<FPMathOperator>(V)){
3086     FastMathFlags Flags;
3087     Flags.setUnsafeAlgebra();
3088     cast<Instruction>(V)->setFastMathFlags(Flags);
3089   }
3090   return V;
3091 }
3092
3093 /// Estimate the overhead of scalarizing a value. Insert and Extract are set if
3094 /// the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
3095 static unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract,
3096                                          const TargetTransformInfo &TTI) {
3097   if (Ty->isVoidTy())
3098     return 0;
3099
3100   assert(Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
3101   unsigned Cost = 0;
3102
3103   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
3104     if (Insert)
3105       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
3106     if (Extract)
3107       Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
3108   }
3109
3110   return Cost;
3111 }
3112
3113 // Estimate cost of a call instruction CI if it were vectorized with factor VF.
3114 // Return the cost of the instruction, including scalarization overhead if it's
3115 // needed. The flag NeedToScalarize shows if the call needs to be scalarized -
3116 // i.e. either vector version isn't available, or is too expensive.
3117 static unsigned getVectorCallCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3118                                   const TargetTransformInfo &TTI,
3119                                   const TargetLibraryInfo *TLI,
3120                                   bool &NeedToScalarize) {
3121   Function *F = CI->getCalledFunction();
3122   StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3123   Type *ScalarRetTy = CI->getType();
3124   SmallVector<Type *, 4> Tys, ScalarTys;
3125   for (auto &ArgOp : CI->arg_operands())
3126     ScalarTys.push_back(ArgOp->getType());
3127
3128   // Estimate cost of scalarized vector call. The source operands are assumed
3129   // to be vectors, so we need to extract individual elements from there,
3130   // execute VF scalar calls, and then gather the result into the vector return
3131   // value.
3132   unsigned ScalarCallCost = TTI.getCallInstrCost(F, ScalarRetTy, ScalarTys);
3133   if (VF == 1)
3134     return ScalarCallCost;
3135
3136   // Compute corresponding vector type for return value and arguments.
3137   Type *RetTy = ToVectorTy(ScalarRetTy, VF);
3138   for (unsigned i = 0, ie = ScalarTys.size(); i != ie; ++i)
3139     Tys.push_back(ToVectorTy(ScalarTys[i], VF));
3140
3141   // Compute costs of unpacking argument values for the scalar calls and
3142   // packing the return values to a vector.
3143   unsigned ScalarizationCost =
3144       getScalarizationOverhead(RetTy, true, false, TTI);
3145   for (unsigned i = 0, ie = Tys.size(); i != ie; ++i)
3146     ScalarizationCost += getScalarizationOverhead(Tys[i], false, true, TTI);
3147
3148   unsigned Cost = ScalarCallCost * VF + ScalarizationCost;
3149
3150   // If we can't emit a vector call for this function, then the currently found
3151   // cost is the cost we need to return.
3152   NeedToScalarize = true;
3153   if (!TLI || !TLI->isFunctionVectorizable(FnName, VF) || CI->isNoBuiltin())
3154     return Cost;
3155
3156   // If the corresponding vector cost is cheaper, return its cost.
3157   unsigned VectorCallCost = TTI.getCallInstrCost(nullptr, RetTy, Tys);
3158   if (VectorCallCost < Cost) {
3159     NeedToScalarize = false;
3160     return VectorCallCost;
3161   }
3162   return Cost;
3163 }
3164
3165 // Estimate cost of an intrinsic call instruction CI if it were vectorized with
3166 // factor VF.  Return the cost of the instruction, including scalarization
3167 // overhead if it's needed.
3168 static unsigned getVectorIntrinsicCost(CallInst *CI, unsigned VF,
3169                                        const TargetTransformInfo &TTI,
3170                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
3171   Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3172   assert(ID && "Expected intrinsic call!");
3173
3174   Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3175   SmallVector<Type *, 4> Tys;
3176   for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3177     Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3178
3179   return TTI.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
3180 }
3181
3182 void InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop() {
3183   //===------------------------------------------------===//
3184   //
3185   // Notice: any optimization or new instruction that go
3186   // into the code below should be also be implemented in
3187   // the cost-model.
3188   //
3189   //===------------------------------------------------===//
3190   Constant *Zero = Builder.getInt32(0);
3191
3192   // In order to support reduction variables we need to be able to vectorize
3193   // Phi nodes. Phi nodes have cycles, so we need to vectorize them in two
3194   // stages. First, we create a new vector PHI node with no incoming edges.
3195   // We use this value when we vectorize all of the instructions that use the
3196   // PHI. Next, after all of the instructions in the block are complete we
3197   // add the new incoming edges to the PHI. At this point all of the
3198   // instructions in the basic block are vectorized, so we can use them to
3199   // construct the PHI.
3200   PhiVector RdxPHIsToFix;
3201
3202   // Scan the loop in a topological order to ensure that defs are vectorized
3203   // before users.
3204   LoopBlocksDFS DFS(OrigLoop);
3205   DFS.perform(LI);
3206
3207   // Vectorize all of the blocks in the original loop.
3208   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
3209        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb)
3210     vectorizeBlockInLoop(*bb, &RdxPHIsToFix);
3211
3212   // At this point every instruction in the original loop is widened to
3213   // a vector form. We are almost done. Now, we need to fix the PHI nodes
3214   // that we vectorized. The PHI nodes are currently empty because we did
3215   // not want to introduce cycles. Notice that the remaining PHI nodes
3216   // that we need to fix are reduction variables.
3217
3218   // Create the 'reduced' values for each of the induction vars.
3219   // The reduced values are the vector values that we scalarize and combine
3220   // after the loop is finished.
3221   for (PhiVector::iterator it = RdxPHIsToFix.begin(), e = RdxPHIsToFix.end();
3222        it != e; ++it) {
3223     PHINode *RdxPhi = *it;
3224     assert(RdxPhi && "Unable to recover vectorized PHI");
3225
3226     // Find the reduction variable descriptor.
3227     assert(Legal->getReductionVars()->count(RdxPhi) &&
3228            "Unable to find the reduction variable");
3229     RecurrenceDescriptor RdxDesc = (*Legal->getReductionVars())[RdxPhi];
3230
3231     RecurrenceDescriptor::RecurrenceKind RK = RdxDesc.getRecurrenceKind();
3232     TrackingVH<Value> ReductionStartValue = RdxDesc.getRecurrenceStartValue();
3233     Instruction *LoopExitInst = RdxDesc.getLoopExitInstr();
3234     RecurrenceDescriptor::MinMaxRecurrenceKind MinMaxKind =
3235         RdxDesc.getMinMaxRecurrenceKind();
3236     setDebugLocFromInst(Builder, ReductionStartValue);
3237
3238     // We need to generate a reduction vector from the incoming scalar.
3239     // To do so, we need to generate the 'identity' vector and override
3240     // one of the elements with the incoming scalar reduction. We need
3241     // to do it in the vector-loop preheader.
3242     Builder.SetInsertPoint(LoopBypassBlocks[1]->getTerminator());
3243
3244     // This is the vector-clone of the value that leaves the loop.
3245     VectorParts &VectorExit = getVectorValue(LoopExitInst);
3246     Type *VecTy = VectorExit[0]->getType();
3247
3248     // Find the reduction identity variable. Zero for addition, or, xor,
3249     // one for multiplication, -1 for And.
3250     Value *Identity;
3251     Value *VectorStart;
3252     if (RK == RecurrenceDescriptor::RK_IntegerMinMax ||
3253         RK == RecurrenceDescriptor::RK_FloatMinMax) {
3254       // MinMax reduction have the start value as their identify.
3255       if (VF == 1) {
3256         VectorStart = Identity = ReductionStartValue;
3257       } else {
3258         VectorStart = Identity =
3259             Builder.CreateVectorSplat(VF, ReductionStartValue, "minmax.ident");
3260       }
3261     } else {
3262       // Handle other reduction kinds:
3263       Constant *Iden = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceIdentity(
3264           RK, VecTy->getScalarType());
3265       if (VF == 1) {
3266         Identity = Iden;
3267         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3268         // incoming scalar reduction.
3269         VectorStart = ReductionStartValue;
3270       } else {
3271         Identity = ConstantVector::getSplat(VF, Iden);
3272
3273         // This vector is the Identity vector where the first element is the
3274         // incoming scalar reduction.
3275         VectorStart =
3276             Builder.CreateInsertElement(Identity, ReductionStartValue, Zero);
3277       }
3278     }
3279
3280     // Fix the vector-loop phi.
3281
3282     // Reductions do not have to start at zero. They can start with
3283     // any loop invariant values.
3284     VectorParts &VecRdxPhi = WidenMap.get(RdxPhi);
3285     BasicBlock *Latch = OrigLoop->getLoopLatch();
3286     Value *LoopVal = RdxPhi->getIncomingValueForBlock(Latch);
3287     VectorParts &Val = getVectorValue(LoopVal);
3288     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3289       // Make sure to add the reduction stat value only to the
3290       // first unroll part.
3291       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3292       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(StartVal,
3293                                                   LoopVectorPreHeader);
3294       cast<PHINode>(VecRdxPhi[part])->addIncoming(Val[part],
3295                                                   LoopVectorBody.back());
3296     }
3297
3298     // Before each round, move the insertion point right between
3299     // the PHIs and the values we are going to write.
3300     // This allows us to write both PHINodes and the extractelement
3301     // instructions.
3302     Builder.SetInsertPoint(LoopMiddleBlock->getFirstInsertionPt());
3303
3304     VectorParts RdxParts;
3305     setDebugLocFromInst(Builder, LoopExitInst);
3306     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3307       // This PHINode contains the vectorized reduction variable, or
3308       // the initial value vector, if we bypass the vector loop.
3309       VectorParts &RdxExitVal = getVectorValue(LoopExitInst);
3310       PHINode *NewPhi = Builder.CreatePHI(VecTy, 2, "rdx.vec.exit.phi");
3311       Value *StartVal = (part == 0) ? VectorStart : Identity;
3312       for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3313         NewPhi->addIncoming(StartVal, LoopBypassBlocks[I]);
3314       NewPhi->addIncoming(RdxExitVal[part],
3315                           LoopVectorBody.back());
3316       RdxParts.push_back(NewPhi);
3317     }
3318
3319     // Reduce all of the unrolled parts into a single vector.
3320     Value *ReducedPartRdx = RdxParts[0];
3321     unsigned Op = RecurrenceDescriptor::getRecurrenceBinOp(RK);
3322     setDebugLocFromInst(Builder, ReducedPartRdx);
3323     for (unsigned part = 1; part < UF; ++part) {
3324       if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3325         // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3326         ReducedPartRdx = addFastMathFlag(
3327             Builder.CreateBinOp((Instruction::BinaryOps)Op, RdxParts[part],
3328                                 ReducedPartRdx, "bin.rdx"));
3329       else
3330         ReducedPartRdx = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(
3331             Builder, MinMaxKind, ReducedPartRdx, RdxParts[part]);
3332     }
3333
3334     if (VF > 1) {
3335       // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
3336       // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
3337       // round.
3338       assert(isPowerOf2_32(VF) &&
3339              "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
3340       Value *TmpVec = ReducedPartRdx;
3341       SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, nullptr);
3342       for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
3343         // Move the upper half of the vector to the lower half.
3344         for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
3345           ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
3346
3347         // Fill the rest of the mask with undef.
3348         std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
3349                   UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
3350
3351         Value *Shuf =
3352         Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
3353                                     UndefValue::get(TmpVec->getType()),
3354                                     ConstantVector::get(ShuffleMask),
3355                                     "rdx.shuf");
3356
3357         if (Op != Instruction::ICmp && Op != Instruction::FCmp)
3358           // Floating point operations had to be 'fast' to enable the reduction.
3359           TmpVec = addFastMathFlag(Builder.CreateBinOp(
3360               (Instruction::BinaryOps)Op, TmpVec, Shuf, "bin.rdx"));
3361         else
3362           TmpVec = RecurrenceDescriptor::createMinMaxOp(Builder, MinMaxKind,
3363                                                         TmpVec, Shuf);
3364       }
3365
3366       // The result is in the first element of the vector.
3367       ReducedPartRdx = Builder.CreateExtractElement(TmpVec,
3368                                                     Builder.getInt32(0));
3369     }
3370
3371     // Create a phi node that merges control-flow from the backedge-taken check
3372     // block and the middle block.
3373     PHINode *BCBlockPhi = PHINode::Create(RdxPhi->getType(), 2, "bc.merge.rdx",
3374                                           LoopScalarPreHeader->getTerminator());
3375     BCBlockPhi->addIncoming(ReductionStartValue, LoopBypassBlocks[0]);
3376     BCBlockPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3377
3378     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
3379     // inside and outside of the scalar remainder loop.
3380     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
3381     // PHI nodes in the exit blocks.
3382     for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3383          LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3384       PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3385       if (!LCSSAPhi) break;
3386
3387       // All PHINodes need to have a single entry edge, or two if
3388       // we already fixed them.
3389       assert(LCSSAPhi->getNumIncomingValues() < 3 && "Invalid LCSSA PHI");
3390
3391       // We found our reduction value exit-PHI. Update it with the
3392       // incoming bypass edge.
3393       if (LCSSAPhi->getIncomingValue(0) == LoopExitInst) {
3394         // Add an edge coming from the bypass.
3395         LCSSAPhi->addIncoming(ReducedPartRdx, LoopMiddleBlock);
3396         break;
3397       }
3398     }// end of the LCSSA phi scan.
3399
3400     // Fix the scalar loop reduction variable with the incoming reduction sum
3401     // from the vector body and from the backedge value.
3402     int IncomingEdgeBlockIdx =
3403     (RdxPhi)->getBasicBlockIndex(OrigLoop->getLoopLatch());
3404     assert(IncomingEdgeBlockIdx >= 0 && "Invalid block index");
3405     // Pick the other block.
3406     int SelfEdgeBlockIdx = (IncomingEdgeBlockIdx ? 0 : 1);
3407     (RdxPhi)->setIncomingValue(SelfEdgeBlockIdx, BCBlockPhi);
3408     (RdxPhi)->setIncomingValue(IncomingEdgeBlockIdx, LoopExitInst);
3409   }// end of for each redux variable.
3410
3411   fixLCSSAPHIs();
3412
3413   // Remove redundant induction instructions.
3414   cse(LoopVectorBody);
3415 }
3416
3417 void InnerLoopVectorizer::fixLCSSAPHIs() {
3418   for (BasicBlock::iterator LEI = LoopExitBlock->begin(),
3419        LEE = LoopExitBlock->end(); LEI != LEE; ++LEI) {
3420     PHINode *LCSSAPhi = dyn_cast<PHINode>(LEI);
3421     if (!LCSSAPhi) break;
3422     if (LCSSAPhi->getNumIncomingValues() == 1)
3423       LCSSAPhi->addIncoming(UndefValue::get(LCSSAPhi->getType()),
3424                             LoopMiddleBlock);
3425   }
3426 }
3427
3428 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3429 InnerLoopVectorizer::createEdgeMask(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst) {
3430   assert(std::find(pred_begin(Dst), pred_end(Dst), Src) != pred_end(Dst) &&
3431          "Invalid edge");
3432
3433   // Look for cached value.
3434   std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*> Edge(Src, Dst);
3435   EdgeMaskCache::iterator ECEntryIt = MaskCache.find(Edge);
3436   if (ECEntryIt != MaskCache.end())
3437     return ECEntryIt->second;
3438
3439   VectorParts SrcMask = createBlockInMask(Src);
3440
3441   // The terminator has to be a branch inst!
3442   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Src->getTerminator());
3443   assert(BI && "Unexpected terminator found");
3444
3445   if (BI->isConditional()) {
3446     VectorParts EdgeMask = getVectorValue(BI->getCondition());
3447
3448     if (BI->getSuccessor(0) != Dst)
3449       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3450         EdgeMask[part] = Builder.CreateNot(EdgeMask[part]);
3451
3452     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3453       EdgeMask[part] = Builder.CreateAnd(EdgeMask[part], SrcMask[part]);
3454
3455     MaskCache[Edge] = EdgeMask;
3456     return EdgeMask;
3457   }
3458
3459   MaskCache[Edge] = SrcMask;
3460   return SrcMask;
3461 }
3462
3463 InnerLoopVectorizer::VectorParts
3464 InnerLoopVectorizer::createBlockInMask(BasicBlock *BB) {
3465   assert(OrigLoop->contains(BB) && "Block is not a part of a loop");
3466
3467   // Loop incoming mask is all-one.
3468   if (OrigLoop->getHeader() == BB) {
3469     Value *C = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 1);
3470     return getVectorValue(C);
3471   }
3472
3473   // This is the block mask. We OR all incoming edges, and with zero.
3474   Value *Zero = ConstantInt::get(IntegerType::getInt1Ty(BB->getContext()), 0);
3475   VectorParts BlockMask = getVectorValue(Zero);
3476
3477   // For each pred:
3478   for (pred_iterator it = pred_begin(BB), e = pred_end(BB); it != e; ++it) {
3479     VectorParts EM = createEdgeMask(*it, BB);
3480     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3481       BlockMask[part] = Builder.CreateOr(BlockMask[part], EM[part]);
3482   }
3483
3484   return BlockMask;
3485 }
3486
3487 void InnerLoopVectorizer::widenPHIInstruction(Instruction *PN,
3488                                               InnerLoopVectorizer::VectorParts &Entry,
3489                                               unsigned UF, unsigned VF, PhiVector *PV) {
3490   PHINode* P = cast<PHINode>(PN);
3491   // Handle reduction variables:
3492   if (Legal->getReductionVars()->count(P)) {
3493     for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3494       // This is phase one of vectorizing PHIs.
3495       Type *VecTy = (VF == 1) ? PN->getType() :
3496       VectorType::get(PN->getType(), VF);
3497       Entry[part] = PHINode::Create(VecTy, 2, "vec.phi",
3498                                     LoopVectorBody.back()-> getFirstInsertionPt());
3499     }
3500     PV->push_back(P);
3501     return;
3502   }
3503
3504   setDebugLocFromInst(Builder, P);
3505   // Check for PHI nodes that are lowered to vector selects.
3506   if (P->getParent() != OrigLoop->getHeader()) {
3507     // We know that all PHIs in non-header blocks are converted into
3508     // selects, so we don't have to worry about the insertion order and we
3509     // can just use the builder.
3510     // At this point we generate the predication tree. There may be
3511     // duplications since this is a simple recursive scan, but future
3512     // optimizations will clean it up.
3513
3514     unsigned NumIncoming = P->getNumIncomingValues();
3515
3516     // Generate a sequence of selects of the form:
3517     // SELECT(Mask3, In3,
3518     //      SELECT(Mask2, In2,
3519     //                   ( ...)))
3520     for (unsigned In = 0; In < NumIncoming; In++) {
3521       VectorParts Cond = createEdgeMask(P->getIncomingBlock(In),
3522                                         P->getParent());
3523       VectorParts &In0 = getVectorValue(P->getIncomingValue(In));
3524
3525       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3526         // We might have single edge PHIs (blocks) - use an identity
3527         // 'select' for the first PHI operand.
3528         if (In == 0)
3529           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3530                                              In0[part]);
3531         else
3532           // Select between the current value and the previous incoming edge
3533           // based on the incoming mask.
3534           Entry[part] = Builder.CreateSelect(Cond[part], In0[part],
3535                                              Entry[part], "predphi");
3536       }
3537     }
3538     return;
3539   }
3540
3541   // This PHINode must be an induction variable.
3542   // Make sure that we know about it.
3543   assert(Legal->getInductionVars()->count(P) &&
3544          "Not an induction variable");
3545
3546   LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3547   Legal->getInductionVars()->lookup(P);
3548
3549   // FIXME: The newly created binary instructions should contain nsw/nuw flags,
3550   // which can be found from the original scalar operations.
3551   switch (II.IK) {
3552     case LoopVectorizationLegality::IK_NoInduction:
3553       llvm_unreachable("Unknown induction");
3554     case LoopVectorizationLegality::IK_IntInduction: {
3555       assert(P->getType() == II.StartValue->getType() && "Types must match");
3556       Type *PhiTy = P->getType();
3557       Value *Broadcasted;
3558       if (P == OldInduction) {
3559         // Handle the canonical induction variable. We might have had to
3560         // extend the type.
3561         Broadcasted = Builder.CreateTrunc(Induction, PhiTy);
3562       } else {
3563         // Handle other induction variables that are now based on the
3564         // canonical one.
3565         Value *NormalizedIdx = Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx,
3566                                                  "normalized.idx");
3567         NormalizedIdx = Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, PhiTy);
3568         Broadcasted = II.transform(Builder, NormalizedIdx);
3569         Broadcasted->setName("offset.idx");
3570       }
3571       Broadcasted = getBroadcastInstrs(Broadcasted);
3572       // After broadcasting the induction variable we need to make the vector
3573       // consecutive by adding 0, 1, 2, etc.
3574       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part)
3575         Entry[part] = getStepVector(Broadcasted, VF * part, II.StepValue);
3576       return;
3577     }
3578     case LoopVectorizationLegality::IK_PtrInduction:
3579       // Handle the pointer induction variable case.
3580       assert(P->getType()->isPointerTy() && "Unexpected type.");
3581       // This is the normalized GEP that starts counting at zero.
3582       Value *NormalizedIdx =
3583           Builder.CreateSub(Induction, ExtendedIdx, "normalized.idx");
3584       NormalizedIdx =
3585           Builder.CreateSExtOrTrunc(NormalizedIdx, II.StepValue->getType());
3586       // This is the vector of results. Notice that we don't generate
3587       // vector geps because scalar geps result in better code.
3588       for (unsigned part = 0; part < UF; ++part) {
3589         if (VF == 1) {
3590           int EltIndex = part;
3591           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3592           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3593           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3594           SclrGep->setName("next.gep");
3595           Entry[part] = SclrGep;
3596           continue;
3597         }
3598
3599         Value *VecVal = UndefValue::get(VectorType::get(P->getType(), VF));
3600         for (unsigned int i = 0; i < VF; ++i) {
3601           int EltIndex = i + part * VF;
3602           Constant *Idx = ConstantInt::get(NormalizedIdx->getType(), EltIndex);
3603           Value *GlobalIdx = Builder.CreateAdd(NormalizedIdx, Idx);
3604           Value *SclrGep = II.transform(Builder, GlobalIdx);
3605           SclrGep->setName("next.gep");
3606           VecVal = Builder.CreateInsertElement(VecVal, SclrGep,
3607                                                Builder.getInt32(i),
3608                                                "insert.gep");
3609         }
3610         Entry[part] = VecVal;
3611       }
3612       return;
3613   }
3614 }
3615
3616 void InnerLoopVectorizer::vectorizeBlockInLoop(BasicBlock *BB, PhiVector *PV) {
3617   // For each instruction in the old loop.
3618   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
3619     VectorParts &Entry = WidenMap.get(it);
3620     switch (it->getOpcode()) {
3621     case Instruction::Br:
3622       // Nothing to do for PHIs and BR, since we already took care of the
3623       // loop control flow instructions.
3624       continue;
3625     case Instruction::PHI: {
3626       // Vectorize PHINodes.
3627       widenPHIInstruction(it, Entry, UF, VF, PV);
3628       continue;
3629     }// End of PHI.
3630
3631     case Instruction::Add:
3632     case Instruction::FAdd:
3633     case Instruction::Sub:
3634     case Instruction::FSub:
3635     case Instruction::Mul:
3636     case Instruction::FMul:
3637     case Instruction::UDiv:
3638     case Instruction::SDiv:
3639     case Instruction::FDiv:
3640     case Instruction::URem:
3641     case Instruction::SRem:
3642     case Instruction::FRem:
3643     case Instruction::Shl:
3644     case Instruction::LShr:
3645     case Instruction::AShr:
3646     case Instruction::And:
3647     case Instruction::Or:
3648     case Instruction::Xor: {
3649       // Just widen binops.
3650       BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(it);
3651       setDebugLocFromInst(Builder, BinOp);
3652       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3653       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3654
3655       // Use this vector value for all users of the original instruction.
3656       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3657         Value *V = Builder.CreateBinOp(BinOp->getOpcode(), A[Part], B[Part]);
3658
3659         if (BinaryOperator *VecOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
3660           VecOp->copyIRFlags(BinOp);
3661
3662         Entry[Part] = V;
3663       }
3664
3665       propagateMetadata(Entry, it);
3666       break;
3667     }
3668     case Instruction::Select: {
3669       // Widen selects.
3670       // If the selector is loop invariant we can create a select
3671       // instruction with a scalar condition. Otherwise, use vector-select.
3672       bool InvariantCond = SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(it->getOperand(0)),
3673                                                OrigLoop);
3674       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3675
3676       // The condition can be loop invariant  but still defined inside the
3677       // loop. This means that we can't just use the original 'cond' value.
3678       // We have to take the 'vectorized' value and pick the first lane.
3679       // Instcombine will make this a no-op.
3680       VectorParts &Cond = getVectorValue(it->getOperand(0));
3681       VectorParts &Op0  = getVectorValue(it->getOperand(1));
3682       VectorParts &Op1  = getVectorValue(it->getOperand(2));
3683
3684       Value *ScalarCond = (VF == 1) ? Cond[0] :
3685         Builder.CreateExtractElement(Cond[0], Builder.getInt32(0));
3686
3687       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3688         Entry[Part] = Builder.CreateSelect(
3689           InvariantCond ? ScalarCond : Cond[Part],
3690           Op0[Part],
3691           Op1[Part]);
3692       }
3693
3694       propagateMetadata(Entry, it);
3695       break;
3696     }
3697
3698     case Instruction::ICmp:
3699     case Instruction::FCmp: {
3700       // Widen compares. Generate vector compares.
3701       bool FCmp = (it->getOpcode() == Instruction::FCmp);
3702       CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(it);
3703       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3704       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3705       VectorParts &B = getVectorValue(it->getOperand(1));
3706       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3707         Value *C = nullptr;
3708         if (FCmp)
3709           C = Builder.CreateFCmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3710         else
3711           C = Builder.CreateICmp(Cmp->getPredicate(), A[Part], B[Part]);
3712         Entry[Part] = C;
3713       }
3714
3715       propagateMetadata(Entry, it);
3716       break;
3717     }
3718
3719     case Instruction::Store:
3720     case Instruction::Load:
3721       vectorizeMemoryInstruction(it);
3722         break;
3723     case Instruction::ZExt:
3724     case Instruction::SExt:
3725     case Instruction::FPToUI:
3726     case Instruction::FPToSI:
3727     case Instruction::FPExt:
3728     case Instruction::PtrToInt:
3729     case Instruction::IntToPtr:
3730     case Instruction::SIToFP:
3731     case Instruction::UIToFP:
3732     case Instruction::Trunc:
3733     case Instruction::FPTrunc:
3734     case Instruction::BitCast: {
3735       CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(it);
3736       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3737       /// Optimize the special case where the source is the induction
3738       /// variable. Notice that we can only optimize the 'trunc' case
3739       /// because: a. FP conversions lose precision, b. sext/zext may wrap,
3740       /// c. other casts depend on pointer size.
3741       if (CI->getOperand(0) == OldInduction &&
3742           it->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
3743         Value *ScalarCast = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), Induction,
3744                                                CI->getType());
3745         Value *Broadcasted = getBroadcastInstrs(ScalarCast);
3746         LoopVectorizationLegality::InductionInfo II =
3747             Legal->getInductionVars()->lookup(OldInduction);
3748         Constant *Step =
3749             ConstantInt::getSigned(CI->getType(), II.StepValue->getSExtValue());
3750         for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3751           Entry[Part] = getStepVector(Broadcasted, VF * Part, Step);
3752         propagateMetadata(Entry, it);
3753         break;
3754       }
3755       /// Vectorize casts.
3756       Type *DestTy = (VF == 1) ? CI->getType() :
3757                                  VectorType::get(CI->getType(), VF);
3758
3759       VectorParts &A = getVectorValue(it->getOperand(0));
3760       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part)
3761         Entry[Part] = Builder.CreateCast(CI->getOpcode(), A[Part], DestTy);
3762       propagateMetadata(Entry, it);
3763       break;
3764     }
3765
3766     case Instruction::Call: {
3767       // Ignore dbg intrinsics.
3768       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
3769         break;
3770       setDebugLocFromInst(Builder, it);
3771
3772       Module *M = BB->getParent()->getParent();
3773       CallInst *CI = cast<CallInst>(it);
3774
3775       StringRef FnName = CI->getCalledFunction()->getName();
3776       Function *F = CI->getCalledFunction();
3777       Type *RetTy = ToVectorTy(CI->getType(), VF);
3778       SmallVector<Type *, 4> Tys;
3779       for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i)
3780         Tys.push_back(ToVectorTy(CI->getArgOperand(i)->getType(), VF));
3781
3782       Intrinsic::ID ID = getIntrinsicIDForCall(CI, TLI);
3783       if (ID &&
3784           (ID == Intrinsic::assume || ID == Intrinsic::lifetime_end ||
3785            ID == Intrinsic::lifetime_start)) {
3786         scalarizeInstruction(it);
3787         break;
3788       }
3789       // The flag shows whether we use Intrinsic or a usual Call for vectorized
3790       // version of the instruction.
3791       // Is it beneficial to perform intrinsic call compared to lib call?
3792       bool NeedToScalarize;
3793       unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, *TTI, TLI, NeedToScalarize);
3794       bool UseVectorIntrinsic =
3795           ID && getVectorIntrinsicCost(CI, VF, *TTI, TLI) <= CallCost;
3796       if (!UseVectorIntrinsic && NeedToScalarize) {
3797         scalarizeInstruction(it);
3798         break;
3799       }
3800
3801       for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
3802         SmallVector<Value *, 4> Args;
3803         for (unsigned i = 0, ie = CI->getNumArgOperands(); i != ie; ++i) {
3804           Value *Arg = CI->getArgOperand(i);
3805           // Some intrinsics have a scalar argument - don't replace it with a
3806           // vector.
3807           if (!UseVectorIntrinsic || !hasVectorInstrinsicScalarOpd(ID, i)) {
3808             VectorParts &VectorArg = getVectorValue(CI->getArgOperand(i));
3809             Arg = VectorArg[Part];
3810           }
3811           Args.push_back(Arg);
3812         }
3813
3814         Function *VectorF;
3815         if (UseVectorIntrinsic) {
3816           // Use vector version of the intrinsic.
3817           Type *TysForDecl[] = {CI->getType()};
3818           if (VF > 1)
3819             TysForDecl[0] = VectorType::get(CI->getType()->getScalarType(), VF);
3820           VectorF = Intrinsic::getDeclaration(M, ID, TysForDecl);
3821         } else {
3822           // Use vector version of the library call.
3823           StringRef VFnName = TLI->getVectorizedFunction(FnName, VF);
3824           assert(!VFnName.empty() && "Vector function name is empty.");
3825           VectorF = M->getFunction(VFnName);
3826           if (!VectorF) {
3827             // Generate a declaration
3828             FunctionType *FTy = FunctionType::get(RetTy, Tys, false);
3829             VectorF =
3830                 Function::Create(FTy, Function::ExternalLinkage, VFnName, M);
3831             VectorF->copyAttributesFrom(F);
3832           }
3833         }
3834         assert(VectorF && "Can't create vector function.");
3835         Entry[Part] = Builder.CreateCall(VectorF, Args);
3836       }
3837
3838       propagateMetadata(Entry, it);
3839       break;
3840     }
3841
3842     default:
3843       // All other instructions are unsupported. Scalarize them.
3844       scalarizeInstruction(it);
3845       break;
3846     }// end of switch.
3847   }// end of for_each instr.
3848 }
3849
3850 void InnerLoopVectorizer::updateAnalysis() {
3851   // Forget the original basic block.
3852   SE->forgetLoop(OrigLoop);
3853
3854   // Update the dominator tree information.
3855   assert(DT->properlyDominates(LoopBypassBlocks.front(), LoopExitBlock) &&
3856          "Entry does not dominate exit.");
3857
3858   for (unsigned I = 1, E = LoopBypassBlocks.size(); I != E; ++I)
3859     DT->addNewBlock(LoopBypassBlocks[I], LoopBypassBlocks[I-1]);
3860   DT->addNewBlock(LoopVectorPreHeader, LoopBypassBlocks.back());
3861
3862   // Due to if predication of stores we might create a sequence of "if(pred)
3863   // a[i] = ...;  " blocks.
3864   for (unsigned i = 0, e = LoopVectorBody.size(); i != e; ++i) {
3865     if (i == 0)
3866       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[0], LoopVectorPreHeader);
3867     else if (isPredicatedBlock(i)) {
3868       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-1]);
3869     } else {
3870       DT->addNewBlock(LoopVectorBody[i], LoopVectorBody[i-2]);
3871     }
3872   }
3873
3874   DT->addNewBlock(LoopMiddleBlock, LoopBypassBlocks[1]);
3875   DT->addNewBlock(LoopScalarPreHeader, LoopBypassBlocks[0]);
3876   DT->changeImmediateDominator(LoopScalarBody, LoopScalarPreHeader);
3877   DT->changeImmediateDominator(LoopExitBlock, LoopBypassBlocks[0]);
3878
3879   DEBUG(DT->verifyDomTree());
3880 }
3881
3882 /// \brief Check whether it is safe to if-convert this phi node.
3883 ///
3884 /// Phi nodes with constant expressions that can trap are not safe to if
3885 /// convert.
3886 static bool canIfConvertPHINodes(BasicBlock *BB) {
3887   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3888     PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I);
3889     if (!Phi)
3890       return true;
3891     for (unsigned p = 0, e = Phi->getNumIncomingValues(); p != e; ++p)
3892       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Phi->getIncomingValue(p)))
3893         if (C->canTrap())
3894           return false;
3895   }
3896   return true;
3897 }
3898
3899 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeWithIfConvert() {
3900   if (!EnableIfConversion) {
3901     emitAnalysis(VectorizationReport() << "if-conversion is disabled");
3902     return false;
3903   }
3904
3905   assert(TheLoop->getNumBlocks() > 1 && "Single block loops are vectorizable");
3906
3907   // A list of pointers that we can safely read and write to.
3908   SmallPtrSet<Value *, 8> SafePointes;
3909
3910   // Collect safe addresses.
3911   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3912          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3913     BasicBlock *BB = *BI;
3914
3915     if (blockNeedsPredication(BB))
3916       continue;
3917
3918     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3919       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3920         SafePointes.insert(LI->getPointerOperand());
3921       else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3922         SafePointes.insert(SI->getPointerOperand());
3923     }
3924   }
3925
3926   // Collect the blocks that need predication.
3927   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
3928   for (Loop::block_iterator BI = TheLoop->block_begin(),
3929          BE = TheLoop->block_end(); BI != BE; ++BI) {
3930     BasicBlock *BB = *BI;
3931
3932     // We don't support switch statements inside loops.
3933     if (!isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3934       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3935                    << "loop contains a switch statement");
3936       return false;
3937     }
3938
3939     // We must be able to predicate all blocks that need to be predicated.
3940     if (blockNeedsPredication(BB)) {
3941       if (!blockCanBePredicated(BB, SafePointes)) {
3942         emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3943                      << "control flow cannot be substituted for a select");
3944         return false;
3945       }
3946     } else if (BB != Header && !canIfConvertPHINodes(BB)) {
3947       emitAnalysis(VectorizationReport(BB->getTerminator())
3948                    << "control flow cannot be substituted for a select");
3949       return false;
3950     }
3951   }
3952
3953   // We can if-convert this loop.
3954   return true;
3955 }
3956
3957 bool LoopVectorizationLegality::canVectorize() {
3958   // We must have a loop in canonical form. Loops with indirectbr in them cannot
3959   // be canonicalized.
3960   if (!TheLoop->getLoopPreheader()) {
3961     emitAnalysis(
3962         VectorizationReport() <<
3963         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3964     return false;
3965   }
3966
3967   // We can only vectorize innermost loops.
3968   if (!TheLoop->empty()) {
3969     emitAnalysis(VectorizationReport() << "loop is not the innermost loop");
3970     return false;
3971   }
3972
3973   // We must have a single backedge.
3974   if (TheLoop->getNumBackEdges() != 1) {
3975     emitAnalysis(
3976         VectorizationReport() <<
3977         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3978     return false;
3979   }
3980
3981   // We must have a single exiting block.
3982   if (!TheLoop->getExitingBlock()) {
3983     emitAnalysis(
3984         VectorizationReport() <<
3985         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3986     return false;
3987   }
3988
3989   // We only handle bottom-tested loops, i.e. loop in which the condition is
3990   // checked at the end of each iteration. With that we can assume that all
3991   // instructions in the loop are executed the same number of times.
3992   if (TheLoop->getExitingBlock() != TheLoop->getLoopLatch()) {
3993     emitAnalysis(
3994         VectorizationReport() <<
3995         "loop control flow is not understood by vectorizer");
3996     return false;
3997   }
3998
3999   // We need to have a loop header.
4000   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a loop: " <<
4001         TheLoop->getHeader()->getName() << '\n');
4002
4003   // Check if we can if-convert non-single-bb loops.
4004   unsigned NumBlocks = TheLoop->getNumBlocks();
4005   if (NumBlocks != 1 && !canVectorizeWithIfConvert()) {
4006     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't if-convert the loop.\n");
4007     return false;
4008   }
4009
4010   // ScalarEvolution needs to be able to find the exit count.
4011   const SCEV *ExitCount = SE->getBackedgeTakenCount(TheLoop);
4012   if (ExitCount == SE->getCouldNotCompute()) {
4013     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4014                  "could not determine number of loop iterations");
4015     DEBUG(dbgs() << "LV: SCEV could not compute the loop exit count.\n");
4016     return false;
4017   }
4018
4019   // Check if we can vectorize the instructions and CFG in this loop.
4020   if (!canVectorizeInstrs()) {
4021     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize the instructions or CFG\n");
4022     return false;
4023   }
4024
4025   // Go over each instruction and look at memory deps.
4026   if (!canVectorizeMemory()) {
4027     DEBUG(dbgs() << "LV: Can't vectorize due to memory conflicts\n");
4028     return false;
4029   }
4030
4031   // Collect all of the variables that remain uniform after vectorization.
4032   collectLoopUniforms();
4033
4034   DEBUG(dbgs() << "LV: We can vectorize this loop"
4035                << (LAI->getRuntimePointerChecking()->Need
4036                        ? " (with a runtime bound check)"
4037                        : "")
4038                << "!\n");
4039
4040   bool UseInterleaved = TTI->enableInterleavedAccessVectorization();
4041
4042   // If an override option has been passed in for interleaved accesses, use it.
4043   if (EnableInterleavedMemAccesses.getNumOccurrences() > 0)
4044     UseInterleaved = EnableInterleavedMemAccesses;
4045
4046   // Analyze interleaved memory accesses.
4047   if (UseInterleaved)
4048      InterleaveInfo.analyzeInterleaving(Strides);
4049
4050   // Okay! We can vectorize. At this point we don't have any other mem analysis
4051   // which may limit our maximum vectorization factor, so just return true with
4052   // no restrictions.
4053   return true;
4054 }
4055
4056 static Type *convertPointerToIntegerType(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
4057   if (Ty->isPointerTy())
4058     return DL.getIntPtrType(Ty);
4059
4060   // It is possible that char's or short's overflow when we ask for the loop's
4061   // trip count, work around this by changing the type size.
4062   if (Ty->getScalarSizeInBits() < 32)
4063     return Type::getInt32Ty(Ty->getContext());
4064
4065   return Ty;
4066 }
4067
4068 static Type* getWiderType(const DataLayout &DL, Type *Ty0, Type *Ty1) {
4069   Ty0 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty0);
4070   Ty1 = convertPointerToIntegerType(DL, Ty1);
4071   if (Ty0->getScalarSizeInBits() > Ty1->getScalarSizeInBits())
4072     return Ty0;
4073   return Ty1;
4074 }
4075
4076 /// \brief Check that the instruction has outside loop users and is not an
4077 /// identified reduction variable.
4078 static bool hasOutsideLoopUser(const Loop *TheLoop, Instruction *Inst,
4079                                SmallPtrSetImpl<Value *> &Reductions) {
4080   // Reduction instructions are allowed to have exit users. All other
4081   // instructions must not have external users.
4082   if (!Reductions.count(Inst))
4083     //Check that all of the users of the loop are inside the BB.
4084     for (User *U : Inst->users()) {
4085       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4086       // This user may be a reduction exit value.
4087       if (!TheLoop->contains(UI)) {
4088         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an outside user for : " << *UI << '\n');
4089         return true;
4090       }
4091     }
4092   return false;
4093 }
4094
4095 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeInstrs() {
4096   BasicBlock *PreHeader = TheLoop->getLoopPreheader();
4097   BasicBlock *Header = TheLoop->getHeader();
4098
4099   // Look for the attribute signaling the absence of NaNs.
4100   Function &F = *Header->getParent();
4101   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
4102   if (F.hasFnAttribute("no-nans-fp-math"))
4103     HasFunNoNaNAttr =
4104         F.getFnAttribute("no-nans-fp-math").getValueAsString() == "true";
4105
4106   // For each block in the loop.
4107   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4108        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4109
4110     // Scan the instructions in the block and look for hazards.
4111     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4112          ++it) {
4113
4114       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(it)) {
4115         Type *PhiTy = Phi->getType();
4116         // Check that this PHI type is allowed.
4117         if (!PhiTy->isIntegerTy() &&
4118             !PhiTy->isFloatingPointTy() &&
4119             !PhiTy->isPointerTy()) {
4120           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4121                        << "loop control flow is not understood by vectorizer");
4122           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an non-int non-pointer PHI.\n");
4123           return false;
4124         }
4125
4126         // If this PHINode is not in the header block, then we know that we
4127         // can convert it to select during if-conversion. No need to check if
4128         // the PHIs in this block are induction or reduction variables.
4129         if (*bb != Header) {
4130           // Check that this instruction has no outside users or is an
4131           // identified reduction value with an outside user.
4132           if (!hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit))
4133             continue;
4134           emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4135                        "value could not be identified as "
4136                        "an induction or reduction variable");
4137           return false;
4138         }
4139
4140         // We only allow if-converted PHIs with exactly two incoming values.
4141         if (Phi->getNumIncomingValues() != 2) {
4142           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4143                        << "control flow not understood by vectorizer");
4144           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an invalid PHI.\n");
4145           return false;
4146         }
4147
4148         // This is the value coming from the preheader.
4149         Value *StartValue = Phi->getIncomingValueForBlock(PreHeader);
4150         ConstantInt *StepValue = nullptr;
4151         // Check if this is an induction variable.
4152         InductionKind IK = isInductionVariable(Phi, StepValue);
4153
4154         if (IK_NoInduction != IK) {
4155           // Get the widest type.
4156           if (!WidestIndTy)
4157             WidestIndTy = convertPointerToIntegerType(DL, PhiTy);
4158           else
4159             WidestIndTy = getWiderType(DL, PhiTy, WidestIndTy);
4160
4161           // Int inductions are special because we only allow one IV.
4162           if (IK == IK_IntInduction && StepValue->isOne()) {
4163             // Use the phi node with the widest type as induction. Use the last
4164             // one if there are multiple (no good reason for doing this other
4165             // than it is expedient).
4166             if (!Induction || PhiTy == WidestIndTy)
4167               Induction = Phi;
4168           }
4169
4170           DEBUG(dbgs() << "LV: Found an induction variable.\n");
4171           Inductions[Phi] = InductionInfo(StartValue, IK, StepValue);
4172
4173           // Until we explicitly handle the case of an induction variable with
4174           // an outside loop user we have to give up vectorizing this loop.
4175           if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4176             emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4177                          "use of induction value outside of the "
4178                          "loop is not handled by vectorizer");
4179             return false;
4180           }
4181
4182           continue;
4183         }
4184
4185         if (RecurrenceDescriptor::isReductionPHI(Phi, TheLoop,
4186                                                  Reductions[Phi])) {
4187           if (Reductions[Phi].hasUnsafeAlgebra())
4188             Requirements->addUnsafeAlgebraInst(
4189                 Reductions[Phi].getUnsafeAlgebraInst());
4190           AllowedExit.insert(Reductions[Phi].getLoopExitInstr());
4191           continue;
4192         }
4193
4194         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4195                      "value that could not be identified as "
4196                      "reduction is used outside the loop");
4197         DEBUG(dbgs() << "LV: Found an unidentified PHI."<< *Phi <<"\n");
4198         return false;
4199       }// end of PHI handling
4200
4201       // We handle calls that:
4202       //   * Are debug info intrinsics.
4203       //   * Have a mapping to an IR intrinsic.
4204       //   * Have a vector version available.
4205       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(it);
4206       if (CI && !getIntrinsicIDForCall(CI, TLI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(CI) &&
4207           !(CI->getCalledFunction() && TLI &&
4208             TLI->isFunctionVectorizable(CI->getCalledFunction()->getName()))) {
4209         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4210                      "call instruction cannot be vectorized");
4211         DEBUG(dbgs() << "LV: Found a non-intrinsic, non-libfunc callsite.\n");
4212         return false;
4213       }
4214
4215       // Intrinsics such as powi,cttz and ctlz are legal to vectorize if the
4216       // second argument is the same (i.e. loop invariant)
4217       if (CI &&
4218           hasVectorInstrinsicScalarOpd(getIntrinsicIDForCall(CI, TLI), 1)) {
4219         if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(CI->getOperand(1)), TheLoop)) {
4220           emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4221                        << "intrinsic instruction cannot be vectorized");
4222           DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable intrinsic " << *CI << "\n");
4223           return false;
4224         }
4225       }
4226
4227       // Check that the instruction return type is vectorizable.
4228       // Also, we can't vectorize extractelement instructions.
4229       if ((!VectorType::isValidElementType(it->getType()) &&
4230            !it->getType()->isVoidTy()) || isa<ExtractElementInst>(it)) {
4231         emitAnalysis(VectorizationReport(it)
4232                      << "instruction return type cannot be vectorized");
4233         DEBUG(dbgs() << "LV: Found unvectorizable type.\n");
4234         return false;
4235       }
4236
4237       // Check that the stored type is vectorizable.
4238       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it)) {
4239         Type *T = ST->getValueOperand()->getType();
4240         if (!VectorType::isValidElementType(T)) {
4241           emitAnalysis(VectorizationReport(ST) <<
4242                        "store instruction cannot be vectorized");
4243           return false;
4244         }
4245         if (EnableMemAccessVersioning)
4246           collectStridedAccess(ST);
4247       }
4248
4249       if (EnableMemAccessVersioning)
4250         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it))
4251           collectStridedAccess(LI);
4252
4253       // Reduction instructions are allowed to have exit users.
4254       // All other instructions must not have external users.
4255       if (hasOutsideLoopUser(TheLoop, it, AllowedExit)) {
4256         emitAnalysis(VectorizationReport(it) <<
4257                      "value cannot be used outside the loop");
4258         return false;
4259       }
4260
4261     } // next instr.
4262
4263   }
4264
4265   if (!Induction) {
4266     DEBUG(dbgs() << "LV: Did not find one integer induction var.\n");
4267     if (Inductions.empty()) {
4268       emitAnalysis(VectorizationReport()
4269                    << "loop induction variable could not be identified");
4270       return false;
4271     }
4272   }
4273
4274   return true;
4275 }
4276
4277 void LoopVectorizationLegality::collectStridedAccess(Value *MemAccess) {
4278   Value *Ptr = nullptr;
4279   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(MemAccess))
4280     Ptr = LI->getPointerOperand();
4281   else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(MemAccess))
4282     Ptr = SI->getPointerOperand();
4283   else
4284     return;
4285
4286   Value *Stride = getStrideFromPointer(Ptr, SE, TheLoop);
4287   if (!Stride)
4288     return;
4289
4290   DEBUG(dbgs() << "LV: Found a strided access that we can version");
4291   DEBUG(dbgs() << "  Ptr: " << *Ptr << " Stride: " << *Stride << "\n");
4292   Strides[Ptr] = Stride;
4293   StrideSet.insert(Stride);
4294 }
4295
4296 void LoopVectorizationLegality::collectLoopUniforms() {
4297   // We now know that the loop is vectorizable!
4298   // Collect variables that will remain uniform after vectorization.
4299   std::vector<Value*> Worklist;
4300   BasicBlock *Latch = TheLoop->getLoopLatch();
4301
4302   // Start with the conditional branch and walk up the block.
4303   Worklist.push_back(Latch->getTerminator()->getOperand(0));
4304
4305   // Also add all consecutive pointer values; these values will be uniform
4306   // after vectorization (and subsequent cleanup) and, until revectorization is
4307   // supported, all dependencies must also be uniform.
4308   for (Loop::block_iterator B = TheLoop->block_begin(),
4309        BE = TheLoop->block_end(); B != BE; ++B)
4310     for (BasicBlock::iterator I = (*B)->begin(), IE = (*B)->end();
4311          I != IE; ++I)
4312       if (I->getType()->isPointerTy() && isConsecutivePtr(I))
4313         Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4314
4315   while (!Worklist.empty()) {
4316     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Worklist.back());
4317     Worklist.pop_back();
4318
4319     // Look at instructions inside this loop.
4320     // Stop when reaching PHI nodes.
4321     // TODO: we need to follow values all over the loop, not only in this block.
4322     if (!I || !TheLoop->contains(I) || isa<PHINode>(I))
4323       continue;
4324
4325     // This is a known uniform.
4326     Uniforms.insert(I);
4327
4328     // Insert all operands.
4329     Worklist.insert(Worklist.end(), I->op_begin(), I->op_end());
4330   }
4331 }
4332
4333 bool LoopVectorizationLegality::canVectorizeMemory() {
4334   LAI = &LAA->getInfo(TheLoop, Strides);
4335   auto &OptionalReport = LAI->getReport();
4336   if (OptionalReport)
4337     emitAnalysis(VectorizationReport(*OptionalReport));
4338   if (!LAI->canVectorizeMemory())
4339     return false;
4340
4341   if (LAI->hasStoreToLoopInvariantAddress()) {
4342     emitAnalysis(
4343         VectorizationReport()
4344         << "write to a loop invariant address could not be vectorized");
4345     DEBUG(dbgs() << "LV: We don't allow storing to uniform addresses\n");
4346     return false;
4347   }
4348
4349   Requirements->addRuntimePointerChecks(LAI->getNumRuntimePointerChecks());
4350
4351   return true;
4352 }
4353
4354 LoopVectorizationLegality::InductionKind
4355 LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(PHINode *Phi,
4356                                                ConstantInt *&StepValue) {
4357   if (!isInductionPHI(Phi, SE, StepValue))
4358     return IK_NoInduction;
4359
4360   Type *PhiTy = Phi->getType();
4361   // Found an Integer induction variable.
4362   if (PhiTy->isIntegerTy())
4363     return IK_IntInduction;
4364   // Found an Pointer induction variable.
4365   return IK_PtrInduction;
4366 }
4367
4368 bool LoopVectorizationLegality::isInductionVariable(const Value *V) {
4369   Value *In0 = const_cast<Value*>(V);
4370   PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(In0);
4371   if (!PN)
4372     return false;
4373
4374   return Inductions.count(PN);
4375 }
4376
4377 bool LoopVectorizationLegality::blockNeedsPredication(BasicBlock *BB)  {
4378   return LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4379 }
4380
4381 bool LoopVectorizationLegality::blockCanBePredicated(BasicBlock *BB,
4382                                            SmallPtrSetImpl<Value *> &SafePtrs) {
4383   
4384   for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4385     // Check that we don't have a constant expression that can trap as operand.
4386     for (Instruction::op_iterator OI = it->op_begin(), OE = it->op_end();
4387          OI != OE; ++OI) {
4388       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*OI))
4389         if (C->canTrap())
4390           return false;
4391     }
4392     // We might be able to hoist the load.
4393     if (it->mayReadFromMemory()) {
4394       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(it);
4395       if (!LI)
4396         return false;
4397       if (!SafePtrs.count(LI->getPointerOperand())) {
4398         if (isLegalMaskedLoad(LI->getType(), LI->getPointerOperand())) {
4399           MaskedOp.insert(LI);
4400           continue;
4401         }
4402         return false;
4403       }
4404     }
4405
4406     // We don't predicate stores at the moment.
4407     if (it->mayWriteToMemory()) {
4408       StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(it);
4409       // We only support predication of stores in basic blocks with one
4410       // predecessor.
4411       if (!SI)
4412         return false;
4413
4414       bool isSafePtr = (SafePtrs.count(SI->getPointerOperand()) != 0);
4415       bool isSinglePredecessor = SI->getParent()->getSinglePredecessor();
4416       
4417       if (++NumPredStores > NumberOfStoresToPredicate || !isSafePtr ||
4418           !isSinglePredecessor) {
4419         // Build a masked store if it is legal for the target, otherwise scalarize
4420         // the block.
4421         bool isLegalMaskedOp =
4422           isLegalMaskedStore(SI->getValueOperand()->getType(),
4423                              SI->getPointerOperand());
4424         if (isLegalMaskedOp) {
4425           --NumPredStores;
4426           MaskedOp.insert(SI);
4427           continue;
4428         }
4429         return false;
4430       }
4431     }
4432     if (it->mayThrow())
4433       return false;
4434
4435     // The instructions below can trap.
4436     switch (it->getOpcode()) {
4437     default: continue;
4438     case Instruction::UDiv:
4439     case Instruction::SDiv:
4440     case Instruction::URem:
4441     case Instruction::SRem:
4442       return false;
4443     }
4444   }
4445
4446   return true;
4447 }
4448
4449 void InterleavedAccessInfo::collectConstStridedAccesses(
4450     MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> &StrideAccesses,
4451     const ValueToValueMap &Strides) {
4452   // Holds load/store instructions in program order.
4453   SmallVector<Instruction *, 16> AccessList;
4454
4455   for (auto *BB : TheLoop->getBlocks()) {
4456     bool IsPred = LoopAccessInfo::blockNeedsPredication(BB, TheLoop, DT);
4457
4458     for (auto &I : *BB) {
4459       if (!isa<LoadInst>(&I) && !isa<StoreInst>(&I))
4460         continue;
4461       // FIXME: Currently we can't handle mixed accesses and predicated accesses
4462       if (IsPred)
4463         return;
4464
4465       AccessList.push_back(&I);
4466     }
4467   }
4468
4469   if (AccessList.empty())
4470     return;
4471
4472   auto &DL = TheLoop->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
4473   for (auto I : AccessList) {
4474     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
4475     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
4476
4477     Value *Ptr = LI ? LI->getPointerOperand() : SI->getPointerOperand();
4478     int Stride = isStridedPtr(SE, Ptr, TheLoop, Strides);
4479
4480     // The factor of the corresponding interleave group.
4481     unsigned Factor = std::abs(Stride);
4482
4483     // Ignore the access if the factor is too small or too large.
4484     if (Factor < 2 || Factor > MaxInterleaveGroupFactor)
4485       continue;
4486
4487     const SCEV *Scev = replaceSymbolicStrideSCEV(SE, Strides, Ptr);
4488     PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(Ptr->getType());
4489     unsigned Size = DL.getTypeAllocSize(PtrTy->getElementType());
4490
4491     // An alignment of 0 means target ABI alignment.
4492     unsigned Align = LI ? LI->getAlignment() : SI->getAlignment();
4493     if (!Align)
4494       Align = DL.getABITypeAlignment(PtrTy->getElementType());
4495
4496     StrideAccesses[I] = StrideDescriptor(Stride, Scev, Size, Align);
4497   }
4498 }
4499
4500 // Analyze interleaved accesses and collect them into interleave groups.
4501 //
4502 // Notice that the vectorization on interleaved groups will change instruction
4503 // orders and may break dependences. But the memory dependence check guarantees
4504 // that there is no overlap between two pointers of different strides, element
4505 // sizes or underlying bases.
4506 //
4507 // For pointers sharing the same stride, element size and underlying base, no
4508 // need to worry about Read-After-Write dependences and Write-After-Read
4509 // dependences.
4510 //
4511 // E.g. The RAW dependence:  A[i] = a;
4512 //                           b = A[i];
4513 // This won't exist as it is a store-load forwarding conflict, which has
4514 // already been checked and forbidden in the dependence check.
4515 //
4516 // E.g. The WAR dependence:  a = A[i];  // (1)
4517 //                           A[i] = b;  // (2)
4518 // The store group of (2) is always inserted at or below (2), and the load group
4519 // of (1) is always inserted at or above (1). The dependence is safe.
4520 void InterleavedAccessInfo::analyzeInterleaving(
4521     const ValueToValueMap &Strides) {
4522   DEBUG(dbgs() << "LV: Analyzing interleaved accesses...\n");
4523
4524   // Holds all the stride accesses.
4525   MapVector<Instruction *, StrideDescriptor> StrideAccesses;
4526   collectConstStridedAccesses(StrideAccesses, Strides);
4527
4528   if (StrideAccesses.empty())
4529     return;
4530
4531   // Holds all interleaved store groups temporarily.
4532   SmallSetVector<InterleaveGroup *, 4> StoreGroups;
4533
4534   // Search the load-load/write-write pair B-A in bottom-up order and try to
4535   // insert B into the interleave group of A according to 3 rules:
4536   //   1. A and B have the same stride.
4537   //   2. A and B have the same memory object size.
4538   //   3. B belongs to the group according to the distance.
4539   //
4540   // The bottom-up order can avoid breaking the Write-After-Write dependences
4541   // between two pointers of the same base.
4542   // E.g.  A[i]   = a;   (1)
4543   //       A[i]   = b;   (2)
4544   //       A[i+1] = c    (3)
4545   // We form the group (2)+(3) in front, so (1) has to form groups with accesses
4546   // above (1), which guarantees that (1) is always above (2).
4547   for (auto I = StrideAccesses.rbegin(), E = StrideAccesses.rend(); I != E;
4548        ++I) {
4549     Instruction *A = I->first;
4550     StrideDescriptor DesA = I->second;
4551
4552     InterleaveGroup *Group = getInterleaveGroup(A);
4553     if (!Group) {
4554       DEBUG(dbgs() << "LV: Creating an interleave group with:" << *A << '\n');
4555       Group = createInterleaveGroup(A, DesA.Stride, DesA.Align);
4556     }
4557
4558     if (A->mayWriteToMemory())
4559       StoreGroups.insert(Group);
4560
4561     for (auto II = std::next(I); II != E; ++II) {
4562       Instruction *B = II->first;
4563       StrideDescriptor DesB = II->second;
4564
4565       // Ignore if B is already in a group or B is a different memory operation.
4566       if (isInterleaved(B) || A->mayReadFromMemory() != B->mayReadFromMemory())
4567         continue;
4568
4569       // Check the rule 1 and 2.
4570       if (DesB.Stride != DesA.Stride || DesB.Size != DesA.Size)
4571         continue;
4572
4573       // Calculate the distance and prepare for the rule 3.
4574       const SCEVConstant *DistToA =
4575           dyn_cast<SCEVConstant>(SE->getMinusSCEV(DesB.Scev, DesA.Scev));
4576       if (!DistToA)
4577         continue;
4578
4579       int DistanceToA = DistToA->getValue()->getValue().getSExtValue();
4580
4581       // Skip if the distance is not multiple of size as they are not in the
4582       // same group.
4583       if (DistanceToA % static_cast<int>(DesA.Size))
4584         continue;
4585
4586       // The index of B is the index of A plus the related index to A.
4587       int IndexB =
4588           Group->getIndex(A) + DistanceToA / static_cast<int>(DesA.Size);
4589
4590       // Try to insert B into the group.
4591       if (Group->insertMember(B, IndexB, DesB.Align)) {
4592         DEBUG(dbgs() << "LV: Inserted:" << *B << '\n'
4593                      << "    into the interleave group with" << *A << '\n');
4594         InterleaveGroupMap[B] = Group;
4595
4596         // Set the first load in program order as the insert position.
4597         if (B->mayReadFromMemory())
4598           Group->setInsertPos(B);
4599       }
4600     } // Iteration on instruction B
4601   }   // Iteration on instruction A
4602
4603   // Remove interleaved store groups with gaps.
4604   for (InterleaveGroup *Group : StoreGroups)
4605     if (Group->getNumMembers() != Group->getFactor())
4606       releaseGroup(Group);
4607 }
4608
4609 LoopVectorizationCostModel::VectorizationFactor
4610 LoopVectorizationCostModel::selectVectorizationFactor(bool OptForSize) {
4611   // Width 1 means no vectorize
4612   VectorizationFactor Factor = { 1U, 0U };
4613   if (OptForSize && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need) {
4614     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4615                  "runtime pointer checks needed. Enable vectorization of this "
4616                  "loop with '#pragma clang loop vectorize(enable)' when "
4617                  "compiling with -Os/-Oz");
4618     DEBUG(dbgs() <<
4619           "LV: Aborting. Runtime ptr check is required with -Os/-Oz.\n");
4620     return Factor;
4621   }
4622
4623   if (!EnableCondStoresVectorization && Legal->getNumPredStores()) {
4624     emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4625                  "store that is conditionally executed prevents vectorization");
4626     DEBUG(dbgs() << "LV: No vectorization. There are conditional stores.\n");
4627     return Factor;
4628   }
4629
4630   // Find the trip count.
4631   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4632   DEBUG(dbgs() << "LV: Found trip count: " << TC << '\n');
4633
4634   unsigned WidestType = getWidestType();
4635   unsigned WidestRegister = TTI.getRegisterBitWidth(true);
4636   unsigned MaxSafeDepDist = -1U;
4637   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4638     MaxSafeDepDist = Legal->getMaxSafeDepDistBytes() * 8;
4639   WidestRegister = ((WidestRegister < MaxSafeDepDist) ?
4640                     WidestRegister : MaxSafeDepDist);
4641   unsigned MaxVectorSize = WidestRegister / WidestType;
4642   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest type: " << WidestType << " bits.\n");
4643   DEBUG(dbgs() << "LV: The Widest register is: "
4644           << WidestRegister << " bits.\n");
4645
4646   if (MaxVectorSize == 0) {
4647     DEBUG(dbgs() << "LV: The target has no vector registers.\n");
4648     MaxVectorSize = 1;
4649   }
4650
4651   assert(MaxVectorSize <= 64 && "Did not expect to pack so many elements"
4652          " into one vector!");
4653
4654   unsigned VF = MaxVectorSize;
4655
4656   // If we optimize the program for size, avoid creating the tail loop.
4657   if (OptForSize) {
4658     // If we are unable to calculate the trip count then don't try to vectorize.
4659     if (TC < 2) {
4660       emitAnalysis
4661         (VectorizationReport() <<
4662          "unable to calculate the loop count due to complex control flow");
4663       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
4664       return Factor;
4665     }
4666
4667     // Find the maximum SIMD width that can fit within the trip count.
4668     VF = TC % MaxVectorSize;
4669
4670     if (VF == 0)
4671       VF = MaxVectorSize;
4672     else {
4673       // If the trip count that we found modulo the vectorization factor is not
4674       // zero then we require a tail.
4675       emitAnalysis(VectorizationReport() <<
4676                    "cannot optimize for size and vectorize at the "
4677                    "same time. Enable vectorization of this loop "
4678                    "with '#pragma clang loop vectorize(enable)' "
4679                    "when compiling with -Os/-Oz");
4680       DEBUG(dbgs() << "LV: Aborting. A tail loop is required with -Os/-Oz.\n");
4681       return Factor;
4682     }
4683   }
4684
4685   int UserVF = Hints->getWidth();
4686   if (UserVF != 0) {
4687     assert(isPowerOf2_32(UserVF) && "VF needs to be a power of two");
4688     DEBUG(dbgs() << "LV: Using user VF " << UserVF << ".\n");
4689
4690     Factor.Width = UserVF;
4691     return Factor;
4692   }
4693
4694   float Cost = expectedCost(1);
4695 #ifndef NDEBUG
4696   const float ScalarCost = Cost;
4697 #endif /* NDEBUG */
4698   unsigned Width = 1;
4699   DEBUG(dbgs() << "LV: Scalar loop costs: " << (int)ScalarCost << ".\n");
4700
4701   bool ForceVectorization = Hints->getForce() == LoopVectorizeHints::FK_Enabled;
4702   // Ignore scalar width, because the user explicitly wants vectorization.
4703   if (ForceVectorization && VF > 1) {
4704     Width = 2;
4705     Cost = expectedCost(Width) / (float)Width;
4706   }
4707
4708   for (unsigned i=2; i <= VF; i*=2) {
4709     // Notice that the vector loop needs to be executed less times, so
4710     // we need to divide the cost of the vector loops by the width of
4711     // the vector elements.
4712     float VectorCost = expectedCost(i) / (float)i;
4713     DEBUG(dbgs() << "LV: Vector loop of width " << i << " costs: " <<
4714           (int)VectorCost << ".\n");
4715     if (VectorCost < Cost) {
4716       Cost = VectorCost;
4717       Width = i;
4718     }
4719   }
4720
4721   DEBUG(if (ForceVectorization && Width > 1 && Cost >= ScalarCost) dbgs()
4722         << "LV: Vectorization seems to be not beneficial, "
4723         << "but was forced by a user.\n");
4724   DEBUG(dbgs() << "LV: Selecting VF: "<< Width << ".\n");
4725   Factor.Width = Width;
4726   Factor.Cost = Width * Cost;
4727   return Factor;
4728 }
4729
4730 unsigned LoopVectorizationCostModel::getWidestType() {
4731   unsigned MaxWidth = 8;
4732   const DataLayout &DL = TheFunction->getParent()->getDataLayout();
4733
4734   // For each block.
4735   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
4736        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
4737     BasicBlock *BB = *bb;
4738
4739     // For each instruction in the loop.
4740     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
4741       Type *T = it->getType();
4742
4743       // Ignore ephemeral values.
4744       if (EphValues.count(it))
4745         continue;
4746
4747       // Only examine Loads, Stores and PHINodes.
4748       if (!isa<LoadInst>(it) && !isa<StoreInst>(it) && !isa<PHINode>(it))
4749         continue;
4750
4751       // Examine PHI nodes that are reduction variables.
4752       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(it))
4753         if (!Legal->getReductionVars()->count(PN))
4754           continue;
4755
4756       // Examine the stored values.
4757       if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(it))
4758         T = ST->getValueOperand()->getType();
4759
4760       // Ignore loaded pointer types and stored pointer types that are not
4761       // consecutive. However, we do want to take consecutive stores/loads of
4762       // pointer vectors into account.
4763       if (T->isPointerTy() && !isConsecutiveLoadOrStore(it))
4764         continue;
4765
4766       MaxWidth = std::max(MaxWidth,
4767                           (unsigned)DL.getTypeSizeInBits(T->getScalarType()));
4768     }
4769   }
4770
4771   return MaxWidth;
4772 }
4773
4774 unsigned LoopVectorizationCostModel::selectInterleaveCount(bool OptForSize,
4775                                                            unsigned VF,
4776                                                            unsigned LoopCost) {
4777
4778   // -- The interleave heuristics --
4779   // We interleave the loop in order to expose ILP and reduce the loop overhead.
4780   // There are many micro-architectural considerations that we can't predict
4781   // at this level. For example, frontend pressure (on decode or fetch) due to
4782   // code size, or the number and capabilities of the execution ports.
4783   //
4784   // We use the following heuristics to select the interleave count:
4785   // 1. If the code has reductions, then we interleave to break the cross
4786   // iteration dependency.
4787   // 2. If the loop is really small, then we interleave to reduce the loop
4788   // overhead.
4789   // 3. We don't interleave if we think that we will spill registers to memory
4790   // due to the increased register pressure.
4791
4792   // When we optimize for size, we don't interleave.
4793   if (OptForSize)
4794     return 1;
4795
4796   // We used the distance for the interleave count.
4797   if (Legal->getMaxSafeDepDistBytes() != -1U)
4798     return 1;
4799
4800   // Do not interleave loops with a relatively small trip count.
4801   unsigned TC = SE->getSmallConstantTripCount(TheLoop);
4802   if (TC > 1 && TC < TinyTripCountInterleaveThreshold)
4803     return 1;
4804
4805   unsigned TargetNumRegisters = TTI.getNumberOfRegisters(VF > 1);
4806   DEBUG(dbgs() << "LV: The target has " << TargetNumRegisters <<
4807         " registers\n");
4808
4809   if (VF == 1) {
4810     if (ForceTargetNumScalarRegs.getNumOccurrences() > 0)
4811       TargetNumRegisters = ForceTargetNumScalarRegs;
4812   } else {
4813     if (ForceTargetNumVectorRegs.getNumOccurrences() > 0)
4814       TargetNumRegisters = ForceTargetNumVectorRegs;
4815   }
4816
4817   LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage R = calculateRegisterUsage();
4818   // We divide by these constants so assume that we have at least one
4819   // instruction that uses at least one register.
4820   R.MaxLocalUsers = std::max(R.MaxLocalUsers, 1U);
4821   R.NumInstructions = std::max(R.NumInstructions, 1U);
4822
4823   // We calculate the interleave count using the following formula.
4824   // Subtract the number of loop invariants from the number of available
4825   // registers. These registers are used by all of the interleaved instances.
4826   // Next, divide the remaining registers by the number of registers that is
4827   // required by the loop, in order to estimate how many parallel instances
4828   // fit without causing spills. All of this is rounded down if necessary to be
4829   // a power of two. We want power of two interleave count to simplify any
4830   // addressing operations or alignment considerations.
4831   unsigned IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs) /
4832                               R.MaxLocalUsers);
4833
4834   // Don't count the induction variable as interleaved.
4835   if (EnableIndVarRegisterHeur)
4836     IC = PowerOf2Floor((TargetNumRegisters - R.LoopInvariantRegs - 1) /
4837                        std::max(1U, (R.MaxLocalUsers - 1)));
4838
4839   // Clamp the interleave ranges to reasonable counts.
4840   unsigned MaxInterleaveCount = TTI.getMaxInterleaveFactor(VF);
4841
4842   // Check if the user has overridden the max.
4843   if (VF == 1) {
4844     if (ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4845       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxScalarInterleaveFactor;
4846   } else {
4847     if (ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor.getNumOccurrences() > 0)
4848       MaxInterleaveCount = ForceTargetMaxVectorInterleaveFactor;
4849   }
4850
4851   // If we did not calculate the cost for VF (because the user selected the VF)
4852   // then we calculate the cost of VF here.
4853   if (LoopCost == 0)
4854     LoopCost = expectedCost(VF);
4855
4856   // Clamp the calculated IC to be between the 1 and the max interleave count
4857   // that the target allows.
4858   if (IC > MaxInterleaveCount)
4859     IC = MaxInterleaveCount;
4860   else if (IC < 1)
4861     IC = 1;
4862
4863   // Interleave if we vectorized this loop and there is a reduction that could
4864   // benefit from interleaving.
4865   if (VF > 1 && Legal->getReductionVars()->size()) {
4866     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving because of reductions.\n");
4867     return IC;
4868   }
4869
4870   // Note that if we've already vectorized the loop we will have done the
4871   // runtime check and so interleaving won't require further checks.
4872   bool InterleavingRequiresRuntimePointerCheck =
4873       (VF == 1 && Legal->getRuntimePointerChecking()->Need);
4874
4875   // We want to interleave small loops in order to reduce the loop overhead and
4876   // potentially expose ILP opportunities.
4877   DEBUG(dbgs() << "LV: Loop cost is " << LoopCost << '\n');
4878   if (!InterleavingRequiresRuntimePointerCheck && LoopCost < SmallLoopCost) {
4879     // We assume that the cost overhead is 1 and we use the cost model
4880     // to estimate the cost of the loop and interleave until the cost of the
4881     // loop overhead is about 5% of the cost of the loop.
4882     unsigned SmallIC =
4883         std::min(IC, (unsigned)PowerOf2Floor(SmallLoopCost / LoopCost));
4884
4885     // Interleave until store/load ports (estimated by max interleave count) are
4886     // saturated.
4887     unsigned NumStores = Legal->getNumStores();
4888     unsigned NumLoads = Legal->getNumLoads();
4889     unsigned StoresIC = IC / (NumStores ? NumStores : 1);
4890     unsigned LoadsIC = IC / (NumLoads ? NumLoads : 1);
4891
4892     // If we have a scalar reduction (vector reductions are already dealt with
4893     // by this point), we can increase the critical path length if the loop
4894     // we're interleaving is inside another loop. Limit, by default to 2, so the
4895     // critical path only gets increased by one reduction operation.
4896     if (Legal->getReductionVars()->size() &&
4897         TheLoop->getLoopDepth() > 1) {
4898       unsigned F = static_cast<unsigned>(MaxNestedScalarReductionIC);
4899       SmallIC = std::min(SmallIC, F);
4900       StoresIC = std::min(StoresIC, F);
4901       LoadsIC = std::min(LoadsIC, F);
4902     }
4903
4904     if (EnableLoadStoreRuntimeInterleave &&
4905         std::max(StoresIC, LoadsIC) > SmallIC) {
4906       DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to saturate store or load ports.\n");
4907       return std::max(StoresIC, LoadsIC);
4908     }
4909
4910     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to reduce branch cost.\n");
4911     return SmallIC;
4912   }
4913
4914   // Interleave if this is a large loop (small loops are already dealt with by
4915   // this
4916   // point) that could benefit from interleaving.
4917   bool HasReductions = (Legal->getReductionVars()->size() > 0);
4918   if (TTI.enableAggressiveInterleaving(HasReductions)) {
4919     DEBUG(dbgs() << "LV: Interleaving to expose ILP.\n");
4920     return IC;
4921   }
4922
4923   DEBUG(dbgs() << "LV: Not Interleaving.\n");
4924   return 1;
4925 }
4926
4927 LoopVectorizationCostModel::RegisterUsage
4928 LoopVectorizationCostModel::calculateRegisterUsage() {
4929   // This function calculates the register usage by measuring the highest number
4930   // of values that are alive at a single location. Obviously, this is a very
4931   // rough estimation. We scan the loop in a topological order in order and
4932   // assign a number to each instruction. We use RPO to ensure that defs are
4933   // met before their users. We assume that each instruction that has in-loop
4934   // users starts an interval. We record every time that an in-loop value is
4935   // used, so we have a list of the first and last occurrences of each
4936   // instruction. Next, we transpose this data structure into a multi map that
4937   // holds the list of intervals that *end* at a specific location. This multi
4938   // map allows us to perform a linear search. We scan the instructions linearly
4939   // and record each time that a new interval starts, by placing it in a set.
4940   // If we find this value in the multi-map then we remove it from the set.
4941   // The max register usage is the maximum size of the set.
4942   // We also search for instructions that are defined outside the loop, but are
4943   // used inside the loop. We need this number separately from the max-interval
4944   // usage number because when we unroll, loop-invariant values do not take
4945   // more register.
4946   LoopBlocksDFS DFS(TheLoop);
4947   DFS.perform(LI);
4948
4949   RegisterUsage R;
4950   R.NumInstructions = 0;
4951
4952   // Each 'key' in the map opens a new interval. The values
4953   // of the map are the index of the 'last seen' usage of the
4954   // instruction that is the key.
4955   typedef DenseMap<Instruction*, unsigned> IntervalMap;
4956   // Maps instruction to its index.
4957   DenseMap<unsigned, Instruction*> IdxToInstr;
4958   // Marks the end of each interval.
4959   IntervalMap EndPoint;
4960   // Saves the list of instruction indices that are used in the loop.
4961   SmallSet<Instruction*, 8> Ends;
4962   // Saves the list of values that are used in the loop but are
4963   // defined outside the loop, such as arguments and constants.
4964   SmallPtrSet<Value*, 8> LoopInvariants;
4965
4966   unsigned Index = 0;
4967   for (LoopBlocksDFS::RPOIterator bb = DFS.beginRPO(),
4968        be = DFS.endRPO(); bb != be; ++bb) {
4969     R.NumInstructions += (*bb)->size();
4970     for (BasicBlock::iterator it = (*bb)->begin(), e = (*bb)->end(); it != e;
4971          ++it) {
4972       Instruction *I = it;
4973       IdxToInstr[Index++] = I;
4974
4975       // Save the end location of each USE.
4976       for (unsigned i = 0; i < I->getNumOperands(); ++i) {
4977         Value *U = I->getOperand(i);
4978         Instruction *Instr = dyn_cast<Instruction>(U);
4979
4980         // Ignore non-instruction values such as arguments, constants, etc.
4981         if (!Instr) continue;
4982
4983         // If this instruction is outside the loop then record it and continue.
4984         if (!TheLoop->contains(Instr)) {
4985           LoopInvariants.insert(Instr);
4986           continue;
4987         }
4988
4989         // Overwrite previous end points.
4990         EndPoint[Instr] = Index;
4991         Ends.insert(Instr);
4992       }
4993     }
4994   }
4995
4996   // Saves the list of intervals that end with the index in 'key'.
4997   typedef SmallVector<Instruction*, 2> InstrList;
4998   DenseMap<unsigned, InstrList> TransposeEnds;
4999
5000   // Transpose the EndPoints to a list of values that end at each index.
5001   for (IntervalMap::iterator it = EndPoint.begin(), e = EndPoint.end();
5002        it != e; ++it)
5003     TransposeEnds[it->second].push_back(it->first);
5004
5005   SmallSet<Instruction*, 8> OpenIntervals;
5006   unsigned MaxUsage = 0;
5007
5008
5009   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Calculating max register usage:\n");
5010   for (unsigned int i = 0; i < Index; ++i) {
5011     Instruction *I = IdxToInstr[i];
5012     // Ignore instructions that are never used within the loop.
5013     if (!Ends.count(I)) continue;
5014
5015     // Ignore ephemeral values.
5016     if (EphValues.count(I))
5017       continue;
5018
5019     // Remove all of the instructions that end at this location.
5020     InstrList &List = TransposeEnds[i];
5021     for (unsigned int j=0, e = List.size(); j < e; ++j)
5022       OpenIntervals.erase(List[j]);
5023
5024     // Count the number of live interals.
5025     MaxUsage = std::max(MaxUsage, OpenIntervals.size());
5026
5027     DEBUG(dbgs() << "LV(REG): At #" << i << " Interval # " <<
5028           OpenIntervals.size() << '\n');
5029
5030     // Add the current instruction to the list of open intervals.
5031     OpenIntervals.insert(I);
5032   }
5033
5034   unsigned Invariant = LoopInvariants.size();
5035   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found max usage: " << MaxUsage << '\n');
5036   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): Found invariant usage: " << Invariant << '\n');
5037   DEBUG(dbgs() << "LV(REG): LoopSize: " << R.NumInstructions << '\n');
5038
5039   R.LoopInvariantRegs = Invariant;
5040   R.MaxLocalUsers = MaxUsage;
5041   return R;
5042 }
5043
5044 unsigned LoopVectorizationCostModel::expectedCost(unsigned VF) {
5045   unsigned Cost = 0;
5046
5047   // For each block.
5048   for (Loop::block_iterator bb = TheLoop->block_begin(),
5049        be = TheLoop->block_end(); bb != be; ++bb) {
5050     unsigned BlockCost = 0;
5051     BasicBlock *BB = *bb;
5052
5053     // For each instruction in the old loop.
5054     for (BasicBlock::iterator it = BB->begin(), e = BB->end(); it != e; ++it) {
5055       // Skip dbg intrinsics.
5056       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(it))
5057         continue;
5058
5059       // Ignore ephemeral values.
5060       if (EphValues.count(it))
5061         continue;
5062
5063       unsigned C = getInstructionCost(it, VF);
5064
5065       // Check if we should override the cost.
5066       if (ForceTargetInstructionCost.getNumOccurrences() > 0)
5067         C = ForceTargetInstructionCost;
5068
5069       BlockCost += C;
5070       DEBUG(dbgs() << "LV: Found an estimated cost of " << C << " for VF " <<
5071             VF << " For instruction: " << *it << '\n');
5072     }
5073
5074     // We assume that if-converted blocks have a 50% chance of being executed.
5075     // When the code is scalar then some of the blocks are avoided due to CF.
5076     // When the code is vectorized we execute all code paths.
5077     if (VF == 1 && Legal->blockNeedsPredication(*bb))
5078       BlockCost /= 2;
5079
5080     Cost += BlockCost;
5081   }
5082
5083   return Cost;
5084 }
5085
5086 /// \brief Check whether the address computation for a non-consecutive memory
5087 /// access looks like an unlikely candidate for being merged into the indexing
5088 /// mode.
5089 ///
5090 /// We look for a GEP which has one index that is an induction variable and all
5091 /// other indices are loop invariant. If the stride of this access is also
5092 /// within a small bound we decide that this address computation can likely be
5093 /// merged into the addressing mode.
5094 /// In all other cases, we identify the address computation as complex.
5095 static bool isLikelyComplexAddressComputation(Value *Ptr,
5096                                               LoopVectorizationLegality *Legal,
5097                                               ScalarEvolution *SE,
5098                                               const Loop *TheLoop) {
5099   GetElementPtrInst *Gep = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr);
5100   if (!Gep)
5101     return true;
5102
5103   // We are looking for a gep with all loop invariant indices except for one
5104   // which should be an induction variable.
5105   unsigned NumOperands = Gep->getNumOperands();
5106   for (unsigned i = 1; i < NumOperands; ++i) {
5107     Value *Opd = Gep->getOperand(i);
5108     if (!SE->isLoopInvariant(SE->getSCEV(Opd), TheLoop) &&
5109         !Legal->isInductionVariable(Opd))
5110       return true;
5111   }
5112
5113   // Now we know we have a GEP ptr, %inv, %ind, %inv. Make sure that the step
5114   // can likely be merged into the address computation.
5115   unsigned MaxMergeDistance = 64;
5116
5117   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Ptr));
5118   if (!AddRec)
5119     return true;
5120
5121   // Check the step is constant.
5122   const SCEV *Step = AddRec->getStepRecurrence(*SE);
5123   // Calculate the pointer stride and check if it is consecutive.
5124   const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Step);
5125   if (!C)
5126     return true;
5127
5128   const APInt &APStepVal = C->getValue()->getValue();
5129
5130   // Huge step value - give up.
5131   if (APStepVal.getBitWidth() > 64)
5132     return true;
5133
5134   int64_t StepVal = APStepVal.getSExtValue();
5135
5136   return StepVal > MaxMergeDistance;
5137 }
5138
5139 static bool isStrideMul(Instruction *I, LoopVectorizationLegality *Legal) {
5140   if (Legal->hasStride(I->getOperand(0)) || Legal->hasStride(I->getOperand(1)))
5141     return true;
5142   return false;
5143 }
5144
5145 unsigned
5146 LoopVectorizationCostModel::getInstructionCost(Instruction *I, unsigned VF) {
5147   // If we know that this instruction will remain uniform, check the cost of
5148   // the scalar version.
5149   if (Legal->isUniformAfterVectorization(I))
5150     VF = 1;
5151
5152   Type *RetTy = I->getType();
5153   Type *VectorTy = ToVectorTy(RetTy, VF);
5154
5155   // TODO: We need to estimate the cost of intrinsic calls.
5156   switch (I->getOpcode()) {
5157   case Instruction::GetElementPtr:
5158     // We mark this instruction as zero-cost because the cost of GEPs in
5159     // vectorized code depends on whether the corresponding memory instruction
5160     // is scalarized or not. Therefore, we handle GEPs with the memory
5161     // instruction cost.
5162     return 0;
5163   case Instruction::Br: {
5164     return TTI.getCFInstrCost(I->getOpcode());
5165   }
5166   case Instruction::PHI:
5167     //TODO: IF-converted IFs become selects.
5168     return 0;
5169   case Instruction::Add:
5170   case Instruction::FAdd:
5171   case Instruction::Sub:
5172   case Instruction::FSub:
5173   case Instruction::Mul:
5174   case Instruction::FMul:
5175   case Instruction::UDiv:
5176   case Instruction::SDiv:
5177   case Instruction::FDiv:
5178   case Instruction::URem:
5179   case Instruction::SRem:
5180   case Instruction::FRem:
5181   case Instruction::Shl:
5182   case Instruction::LShr:
5183   case Instruction::AShr:
5184   case Instruction::And:
5185   case Instruction::Or:
5186   case Instruction::Xor: {
5187     // Since we will replace the stride by 1 the multiplication should go away.
5188     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && isStrideMul(I, Legal))
5189       return 0;
5190     // Certain instructions can be cheaper to vectorize if they have a constant
5191     // second vector operand. One example of this are shifts on x86.
5192     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op1VK =
5193       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5194     TargetTransformInfo::OperandValueKind Op2VK =
5195       TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
5196     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op1VP =
5197         TargetTransformInfo::OP_None;
5198     TargetTransformInfo::OperandValueProperties Op2VP =
5199         TargetTransformInfo::OP_None;
5200     Value *Op2 = I->getOperand(1);
5201
5202     // Check for a splat of a constant or for a non uniform vector of constants.
5203     if (isa<ConstantInt>(Op2)) {
5204       ConstantInt *CInt = cast<ConstantInt>(Op2);
5205       if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5206         Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5207       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5208     } else if (isa<ConstantVector>(Op2) || isa<ConstantDataVector>(Op2)) {
5209       Op2VK = TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue;
5210       Constant *SplatValue = cast<Constant>(Op2)->getSplatValue();
5211       if (SplatValue) {
5212         ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(SplatValue);
5213         if (CInt && CInt->getValue().isPowerOf2())
5214           Op2VP = TargetTransformInfo::OP_PowerOf2;
5215         Op2VK = TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue;
5216       }
5217     }
5218
5219     return TTI.getArithmeticInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, Op1VK, Op2VK,
5220                                       Op1VP, Op2VP);
5221   }
5222   case Instruction::Select: {
5223     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
5224     const SCEV *CondSCEV = SE->getSCEV(SI->getCondition());
5225     bool ScalarCond = (SE->isLoopInvariant(CondSCEV, TheLoop));
5226     Type *CondTy = SI->getCondition()->getType();
5227     if (!ScalarCond)
5228       CondTy = VectorType::get(CondTy, VF);
5229
5230     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, CondTy);
5231   }
5232   case Instruction::ICmp:
5233   case Instruction::FCmp: {
5234     Type *ValTy = I->getOperand(0)->getType();
5235     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5236     return TTI.getCmpSelInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy);
5237   }
5238   case Instruction::Store:
5239   case Instruction::Load: {
5240     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I);
5241     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I);
5242     Type *ValTy = (SI ? SI->getValueOperand()->getType() :
5243                    LI->getType());
5244     VectorTy = ToVectorTy(ValTy, VF);
5245
5246     unsigned Alignment = SI ? SI->getAlignment() : LI->getAlignment();
5247     unsigned AS = SI ? SI->getPointerAddressSpace() :
5248       LI->getPointerAddressSpace();
5249     Value *Ptr = SI ? SI->getPointerOperand() : LI->getPointerOperand();
5250     // We add the cost of address computation here instead of with the gep
5251     // instruction because only here we know whether the operation is
5252     // scalarized.
5253     if (VF == 1)
5254       return TTI.getAddressComputationCost(VectorTy) +
5255         TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5256
5257     // For an interleaved access, calculate the total cost of the whole
5258     // interleave group.
5259     if (Legal->isAccessInterleaved(I)) {
5260       auto Group = Legal->getInterleavedAccessGroup(I);
5261       assert(Group && "Fail to get an interleaved access group.");
5262
5263       // Only calculate the cost once at the insert position.
5264       if (Group->getInsertPos() != I)
5265         return 0;
5266
5267       unsigned InterleaveFactor = Group->getFactor();
5268       Type *WideVecTy =
5269           VectorType::get(VectorTy->getVectorElementType(),
5270                           VectorTy->getVectorNumElements() * InterleaveFactor);
5271
5272       // Holds the indices of existing members in an interleaved load group.
5273       // An interleaved store group doesn't need this as it dones't allow gaps.
5274       SmallVector<unsigned, 4> Indices;
5275       if (LI) {
5276         for (unsigned i = 0; i < InterleaveFactor; i++)
5277           if (Group->getMember(i))
5278             Indices.push_back(i);
5279       }
5280
5281       // Calculate the cost of the whole interleaved group.
5282       unsigned Cost = TTI.getInterleavedMemoryOpCost(
5283           I->getOpcode(), WideVecTy, Group->getFactor(), Indices,
5284           Group->getAlignment(), AS);
5285
5286       if (Group->isReverse())
5287         Cost +=
5288             Group->getNumMembers() *
5289             TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse, VectorTy, 0);
5290
5291       // FIXME: The interleaved load group with a huge gap could be even more
5292       // expensive than scalar operations. Then we could ignore such group and
5293       // use scalar operations instead.
5294       return Cost;
5295     }
5296
5297     // Scalarized loads/stores.
5298     int ConsecutiveStride = Legal->isConsecutivePtr(Ptr);
5299     bool Reverse = ConsecutiveStride < 0;
5300     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
5301     unsigned ScalarAllocatedSize = DL.getTypeAllocSize(ValTy);
5302     unsigned VectorElementSize = DL.getTypeStoreSize(VectorTy) / VF;
5303     if (!ConsecutiveStride || ScalarAllocatedSize != VectorElementSize) {
5304       bool IsComplexComputation =
5305         isLikelyComplexAddressComputation(Ptr, Legal, SE, TheLoop);
5306       unsigned Cost = 0;
5307       // The cost of extracting from the value vector and pointer vector.
5308       Type *PtrTy = ToVectorTy(Ptr->getType(), VF);
5309       for (unsigned i = 0; i < VF; ++i) {
5310         //  The cost of extracting the pointer operand.
5311         Cost += TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, PtrTy, i);
5312         // In case of STORE, the cost of ExtractElement from the vector.
5313         // In case of LOAD, the cost of InsertElement into the returned
5314         // vector.
5315         Cost += TTI.getVectorInstrCost(SI ? Instruction::ExtractElement :
5316                                             Instruction::InsertElement,
5317                                             VectorTy, i);
5318       }
5319
5320       // The cost of the scalar loads/stores.
5321       Cost += VF * TTI.getAddressComputationCost(PtrTy, IsComplexComputation);
5322       Cost += VF * TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), ValTy->getScalarType(),
5323                                        Alignment, AS);
5324       return Cost;
5325     }
5326
5327     // Wide load/stores.
5328     unsigned Cost = TTI.getAddressComputationCost(VectorTy);
5329     if (Legal->isMaskRequired(I))
5330       Cost += TTI.getMaskedMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment,
5331                                         AS);
5332     else
5333       Cost += TTI.getMemoryOpCost(I->getOpcode(), VectorTy, Alignment, AS);
5334
5335     if (Reverse)
5336       Cost += TTI.getShuffleCost(TargetTransformInfo::SK_Reverse,
5337                                   VectorTy, 0);
5338     return Cost;
5339   }
5340   case Instruction::ZExt:
5341   case Instruction::SExt:
5342   case Instruction::FPToUI:
5343   case Instruction::FPToSI:
5344   case Instruction::FPExt:
5345   case Instruction::PtrToInt:
5346   case Instruction::IntToPtr:
5347   case Instruction::SIToFP:
5348   case Instruction::UIToFP:
5349   case Instruction::Trunc:
5350   case Instruction::FPTrunc:
5351   case Instruction::BitCast: {
5352     // We optimize the truncation of induction variable.
5353     // The cost of these is the same as the scalar operation.
5354     if (I->getOpcode() == Instruction::Trunc &&
5355         Legal->isInductionVariable(I->getOperand(0)))
5356       return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), I->getType(),
5357                                   I->getOperand(0)->getType());
5358
5359     Type *SrcVecTy = ToVectorTy(I->getOperand(0)->getType(), VF);
5360     return TTI.getCastInstrCost(I->getOpcode(), VectorTy, SrcVecTy);
5361   }
5362   case Instruction::Call: {
5363     bool NeedToScalarize;
5364     CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
5365     unsigned CallCost = getVectorCallCost(CI, VF, TTI, TLI, NeedToScalarize);
5366     if (getIntrinsicIDForCall(CI, TLI))
5367       return std::min(CallCost, getVectorIntrinsicCost(CI, VF, TTI, TLI));
5368     return CallCost;
5369   }
5370   default: {
5371     // We are scalarizing the instruction. Return the cost of the scalar
5372     // instruction, plus the cost of insert and extract into vector
5373     // elements, times the vector width.
5374     unsigned Cost = 0;
5375
5376     if (!RetTy->isVoidTy() && VF != 1) {
5377       unsigned InsCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement,
5378                                                 VectorTy);
5379       unsigned ExtCost = TTI.getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement,
5380                                                 VectorTy);
5381
5382       // The cost of inserting the results plus extracting each one of the
5383       // operands.
5384       Cost += VF * (InsCost + ExtCost * I->getNumOperands());
5385     }
5386
5387     // The cost of executing VF copies of the scalar instruction. This opcode
5388     // is unknown. Assume that it is the same as 'mul'.
5389     Cost += VF * TTI.getArithmeticInstrCost(Instruction::Mul, VectorTy);
5390     return Cost;
5391   }
5392   }// end of switch.
5393 }
5394
5395 char LoopVectorize::ID = 0;
5396 static const char lv_name[] = "Loop Vectorization";
5397 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5398 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
5399 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
5400 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
5401 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
5402 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
5403 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
5404 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
5405 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
5406 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
5407 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopAccessAnalysis)
5408 INITIALIZE_PASS_END(LoopVectorize, LV_NAME, lv_name, false, false)
5409
5410 namespace llvm {
5411   Pass *createLoopVectorizePass(bool NoUnrolling, bool AlwaysVectorize) {
5412     return new LoopVectorize(NoUnrolling, AlwaysVectorize);
5413   }
5414 }
5415
5416 bool LoopVectorizationCostModel::isConsecutiveLoadOrStore(Instruction *Inst) {
5417   // Check for a store.
5418   if (StoreInst *ST = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
5419     return Legal->isConsecutivePtr(ST->getPointerOperand()) != 0;
5420
5421   // Check for a load.
5422   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
5423     return Legal->isConsecutivePtr(LI->getPointerOperand()) != 0;
5424
5425   return false;
5426 }
5427
5428
5429 void InnerLoopUnroller::scalarizeInstruction(Instruction *Instr,
5430                                              bool IfPredicateStore) {
5431   assert(!Instr->getType()->isAggregateType() && "Can't handle vectors");
5432   // Holds vector parameters or scalars, in case of uniform vals.
5433   SmallVector<VectorParts, 4> Params;
5434
5435   setDebugLocFromInst(Builder, Instr);
5436
5437   // Find all of the vectorized parameters.
5438   for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5439     Value *SrcOp = Instr->getOperand(op);
5440
5441     // If we are accessing the old induction variable, use the new one.
5442     if (SrcOp == OldInduction) {
5443       Params.push_back(getVectorValue(SrcOp));
5444       continue;
5445     }
5446
5447     // Try using previously calculated values.
5448     Instruction *SrcInst = dyn_cast<Instruction>(SrcOp);
5449
5450     // If the src is an instruction that appeared earlier in the basic block
5451     // then it should already be vectorized.
5452     if (SrcInst && OrigLoop->contains(SrcInst)) {
5453       assert(WidenMap.has(SrcInst) && "Source operand is unavailable");
5454       // The parameter is a vector value from earlier.
5455       Params.push_back(WidenMap.get(SrcInst));
5456     } else {
5457       // The parameter is a scalar from outside the loop. Maybe even a constant.
5458       VectorParts Scalars;
5459       Scalars.append(UF, SrcOp);
5460       Params.push_back(Scalars);
5461     }
5462   }
5463
5464   assert(Params.size() == Instr->getNumOperands() &&
5465          "Invalid number of operands");
5466
5467   // Does this instruction return a value ?
5468   bool IsVoidRetTy = Instr->getType()->isVoidTy();
5469
5470   Value *UndefVec = IsVoidRetTy ? nullptr :
5471   UndefValue::get(Instr->getType());
5472   // Create a new entry in the WidenMap and initialize it to Undef or Null.
5473   VectorParts &VecResults = WidenMap.splat(Instr, UndefVec);
5474
5475   Instruction *InsertPt = Builder.GetInsertPoint();
5476   BasicBlock *IfBlock = Builder.GetInsertBlock();
5477   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
5478
5479   VectorParts Cond;
5480   Loop *VectorLp = nullptr;
5481   if (IfPredicateStore) {
5482     assert(Instr->getParent()->getSinglePredecessor() &&
5483            "Only support single predecessor blocks");
5484     Cond = createEdgeMask(Instr->getParent()->getSinglePredecessor(),
5485                           Instr->getParent());
5486     VectorLp = LI->getLoopFor(IfBlock);
5487     assert(VectorLp && "Must have a loop for this block");
5488   }
5489
5490   // For each vector unroll 'part':
5491   for (unsigned Part = 0; Part < UF; ++Part) {
5492     // For each scalar that we create:
5493
5494     // Start an "if (pred) a[i] = ..." block.
5495     Value *Cmp = nullptr;
5496     if (IfPredicateStore) {
5497       if (Cond[Part]->getType()->isVectorTy())
5498         Cond[Part] =
5499             Builder.CreateExtractElement(Cond[Part], Builder.getInt32(0));
5500       Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Cond[Part],
5501                                ConstantInt::get(Cond[Part]->getType(), 1));
5502       CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
5503       LoopVectorBody.push_back(CondBlock);
5504       VectorLp->addBasicBlockToLoop(CondBlock, *LI);
5505       // Update Builder with newly created basic block.
5506       Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5507     }
5508
5509     Instruction *Cloned = Instr->clone();
5510       if (!IsVoidRetTy)
5511         Cloned->setName(Instr->getName() + ".cloned");
5512       // Replace the operands of the cloned instructions with extracted scalars.
5513       for (unsigned op = 0, e = Instr->getNumOperands(); op != e; ++op) {
5514         Value *Op = Params[op][Part];
5515         Cloned->setOperand(op, Op);
5516       }
5517
5518       // Place the cloned scalar in the new loop.
5519       Builder.Insert(Cloned);
5520
5521       // If the original scalar returns a value we need to place it in a vector
5522       // so that future users will be able to use it.
5523       if (!IsVoidRetTy)
5524         VecResults[Part] = Cloned;
5525
5526     // End if-block.
5527       if (IfPredicateStore) {
5528         BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
5529         LoopVectorBody.push_back(NewIfBlock);
5530         VectorLp->addBasicBlockToLoop(NewIfBlock, *LI);
5531         Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
5532         ReplaceInstWithInst(IfBlock->getTerminator(),
5533                             BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp));
5534         IfBlock = NewIfBlock;
5535       }
5536   }
5537 }
5538
5539 void InnerLoopUnroller::vectorizeMemoryInstruction(Instruction *Instr) {
5540   StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Instr);
5541   bool IfPredicateStore = (SI && Legal->blockNeedsPredication(SI->getParent()));
5542
5543   return scalarizeInstruction(Instr, IfPredicateStore);
5544 }
5545
5546 Value *InnerLoopUnroller::reverseVector(Value *Vec) {
5547   return Vec;
5548 }
5549
5550 Value *InnerLoopUnroller::getBroadcastInstrs(Value *V) {
5551   return V;
5552 }
5553
5554 Value *InnerLoopUnroller::getStepVector(Value *Val, int StartIdx, Value *Step) {
5555   // When unrolling and the VF is 1, we only need to add a simple scalar.
5556   Type *ITy = Val->getType();
5557   assert(!ITy->isVectorTy() && "Val must be a scalar");
5558   Constant *C = ConstantInt::get(ITy, StartIdx);
5559   return Builder.CreateAdd(Val, Builder.CreateMul(C, Step), "induction");
5560 }